Una nueva estimación de la fuerza del campo magnético alrededor del muón, una partícula subatómica similar a, pero más pesado que, un electrón:cierra la brecha entre la teoría y las mediciones experimentales, poniéndolo en línea con el modelo estándar que ha guiado la física de partículas durante décadas.

Un artículo que describe la investigación de un equipo internacional de científicos aparece el 8 de abril de 2021 en la revista Naturaleza .

Hace veinte años, en un experimento en el Laboratorio Nacional de Brookhaven, Los físicos detectaron lo que parecía ser una discrepancia entre las mediciones del "momento magnético" del muón —la fuerza de su campo magnético— y los cálculos teóricos de cuál debería ser esa medición, planteando la tentadora posibilidad de partículas físicas o fuerzas aún no descubiertas. El nuevo hallazgo reduce esta discrepancia, lo que sugiere que el magnetismo del muón probablemente no sea misterioso en absoluto. Para lograr este resultado, en lugar de depender de datos experimentales, los investigadores simularon todos los aspectos de sus cálculos desde cero, una tarea que requería una enorme potencia de supercomputación.

"La mayoría de los fenómenos de la naturaleza se pueden explicar mediante lo que llamamos el 'modelo estándar' de la física de partículas, "dijo Zoltan Fodor, profesor de física en Penn State y líder del equipo de investigación. "Podemos predecir las propiedades de las partículas con extrema precisión basándonos solo en esta teoría, así que cuando la teoría y el experimento no coinciden, podemos emocionarnos de haber encontrado algo nuevo, algo más allá del modelo estándar ".

Para un descubrimiento de nueva física más allá del modelo estándar, Existe un consenso entre los físicos de que el desacuerdo entre la teoría y la medición debe llegar a cinco sigma, una medida estadística que equivale a una probabilidad de aproximadamente 1 en 3,5 millones.

En el caso del muón, las mediciones de su campo magnético se desviaron de las predicciones teóricas existentes en aproximadamente 3,7 sigma. Intrigante, pero no lo suficiente como para declarar el descubrimiento de una nueva ruptura en las reglas de la física. Entonces, Los investigadores se propusieron mejorar tanto las mediciones como la teoría con la esperanza de conciliar la teoría y la medición o de aumentar el sigma a un nivel que permitiera la declaración de un descubrimiento de nueva física.

"La teoría existente para estimar la fuerza del campo magnético del muón se basó en mediciones experimentales de aniquilación de electrones y positrones, "dijo Fodor." Para tener otro enfoque, utilizamos una teoría totalmente verificada que era completamente independiente de la dependencia de medidas experimentales. Comenzamos con ecuaciones bastante básicas y construimos la estimación completa desde cero ".

Los nuevos cálculos requirieron cientos de millones de horas de CPU en múltiples centros de supercomputadoras en Europa y alinearon la teoría con la medición. Sin embargo, la historia aún no ha terminado. Nuevo, Se esperan pronto mediciones experimentales más precisas del momento magnético del muón.

"Si nuestros cálculos son correctos y las nuevas medidas no cambian la historia, parece que no necesitamos ninguna física nueva para explicar el momento magnético del muón; sigue las reglas del modelo estándar, "dijo Fodor." Aunque, la perspectiva de una nueva física es siempre atractiva, También es emocionante ver cómo la teoría y el experimento se alinean. Demuestra la profundidad de nuestro conocimiento y abre nuevas oportunidades para la exploración ".

La emoción está lejos de terminar.

"Nuestro resultado debe ser verificado por otros grupos y los anticipamos, "dijo Fodor." Además, nuestro hallazgo significa que existe una tensión entre los resultados teóricos anteriores y los nuevos. Esta discrepancia debe entenderse. Además, los nuevos resultados experimentales podrían estar cerca de los antiguos o más cercanos a los cálculos teóricos previos. Tenemos muchos años de emoción por delante ".