La noticia de que los muones se mueven un poco más en su paso hizo que se corriera la voz en todo el mundo esta primavera.

El experimento Muon g-2 alojado en Fermi National Accelerator Laboratory anunció el 7 de abril que habían medido una partícula llamada muón que se comportaba de manera ligeramente diferente a lo previsto en su acelerador gigante. Fue la primera noticia inesperada en física de partículas en años.

Todo el mundo está emocionado pero pocos más que los científicos cuyo trabajo consiste en escupir teorías sobre cómo está construido el universo. Para estos teóricos, el anuncio los hace desempolvar viejas teorías y especular con otras nuevas.

"Para muchos de nosotros, parece y huele a nueva física, ", dijo el profesor Dan Hooper." Puede ser que algún día miremos hacia atrás y este resultado sea visto como un heraldo ".

Gordan Krnjaic, un compañero físico teórico, estuvo de acuerdo:"Es un gran momento para ser especulador".

Los dos científicos están afiliados a la Universidad de Chicago y Fermilab; ninguno trabajó directamente en el experimento Muon g-2, pero ambos estaban encantados con los resultados. Para ellos Estos hallazgos podrían ser una pista que indique el camino para desentrañar los últimos misterios de la física de partículas y, con ello, nuestra comprensión del universo como un todo.

Estableciendo el estándar

El problema era que todo iba como se esperaba.

Basado en experimentos y teorías centenarias que se remontan a los días de las primeras investigaciones de Albert Einstein, los científicos han esbozado una teoría de cómo se construye el universo, desde sus partículas más pequeñas hasta sus fuerzas más grandes. Esta explicación, llamado Modelo Estándar, hace un buen trabajo conectando los puntos. Pero hay algunos agujeros:cosas que hemos visto en el universo que no se tienen en cuenta en el modelo, como materia oscura.

No hay problema, pensaron los científicos. Construyeron experimentos más grandes como el Gran Colisionador de Hadrones en Europa, para investigar las propiedades más fundamentales de las partículas, seguro que esto daría pistas. Pero incluso cuando miraron más profundamente, nada de lo que encontraron parecía fuera de sintonía con el modelo estándar. Sin nuevas vías que investigar, los científicos no tenían idea de dónde y cómo buscar explicaciones para las discrepancias como la materia oscura.

Luego, finalmente, Los resultados del experimento Muon g-2 provienen de Fermilab (que está afiliada a la Universidad de Chicago). El experimento informó una pequeña diferencia entre cómo deberían comportarse los muones de acuerdo con el Modelo Estándar, y lo que estaban haciendo realmente dentro del acelerador gigante.

Los murmullos estallaron en todo el mundo, y las mentes de Hooper, Krnjaic y sus colegas en física teórica comenzaron a competir. Casi cualquier explicación de una nueva arruga en la física de partículas tendría profundas implicaciones para la historia del universo.

Eso es porque las partículas más pequeñas afectan a las fuerzas más grandes del universo. Las pequeñas diferencias en las masas de cada partícula afectan la forma en que el universo se expandió y evolucionó después del Big Bang. Sucesivamente, eso afecta todo, desde cómo se mantienen unidas las galaxias hasta la naturaleza de la materia misma. Es por eso que los científicos quieren medir con precisión cómo batió las alas la mariposa.

Los probables sospechosos

Hasta aquí, Hay tres posibles explicaciones principales para los resultados de Muon g-2:si es realmente una física nueva y no un error.

Una es una teoría conocida como "supersimetría, "que estaba muy de moda a principios de la década de 2000, Dijo Hooper. La supersimetría sugiere que cada partícula subatómica tiene una partícula asociada. Es atractivo para los físicos porque es una teoría general que explica varias discrepancias, incluida la materia oscura; pero el Gran Colisionador de Hadrones no ha visto ninguna evidencia de estas partículas adicionales. Todavía.

Otra posibilidad es que algunos por descubrir, una forma relativamente pesada de materia interactúa fuertemente con los muones.

Finalmente, También podrían existir otros tipos de partículas de luz exóticas, aún sin descubrir, que interactúan débilmente con los muones y causan el bamboleo. Krnjaic y Hooper escribieron un artículo en el que exponía qué partícula tan ligera, que llamaron "Z primo, "podría significar para el universo.

"Estas partículas tendrían que haber existido desde el Big Bang, y eso significaría otras implicaciones, por ejemplo, podrían tener un impacto en la rapidez con la que el universo se expandía en sus primeros momentos, "Krnjaic dijo.

Eso podría encajar con otro misterio que los científicos están considerando, llamada constante de Hubble. Se supone que ese número indica qué tan rápido se está expandiendo el universo, pero varía ligeramente según la forma en que se mida, una discrepancia que podría indicar que falta una pieza en nuestro conocimiento.

Hay otros, posibilidades más lejanas, como que los muones están siendo golpeados por partículas que aparecen y desaparecen de otras dimensiones. ("Una cosa de la que rara vez se acusa a los físicos de partículas es la falta de creatividad, "dijo Hooper.)

Pero los científicos dijeron que es importante no descartar las teorías de las manos, no importa lo salvajes que puedan parecer.

"No queremos pasar por alto algo solo porque sonaba extraño, ", dijo Hooper." Estamos constantemente tratando de sacudir los árboles para sacar todas las ideas que podamos. Queremos cazar esto en cualquier lugar donde pueda estar escondido ".

Pasos sigma

El primer paso, sin embargo, es confirmar que el resultado de Muon g-2 es cierto. Los científicos tienen un sistema para saber si los resultados de un experimento son reales y no solo un destello en los datos. El resultado anunciado en abril alcanzó 4,2 sigma; el punto de referencia que significa que es casi seguro que sea cierto es 5 sigma.

"Si se trata de una física realmente nueva, estaremos mucho más cerca de saberlo en un año o dos, ", dijo Hooper. El experimento Muon g-2 tiene muchos más datos para analizar. Mientras tanto, los resultados de algunos cálculos teóricos muy complicados, tan complejos que incluso las supercomputadoras más poderosas del mundo necesitan masticarlos durante meses o años, deberían estar cayendo en picado.

Esos resultados, si llegan a un nivel de confianza de 5 sigma, indicará a los científicos adónde ir a continuación. Por ejemplo, Krnjaic ayudó a proponer un programa de Fermilab llamado M3 que podría reducir las posibilidades disparando un haz de muones a un objetivo metálico, midiendo la energía antes y después de que los muones impactaran. Esos resultados podrían indicar la presencia de una nueva partícula.

Mientras tanto, en la frontera franco-suiza, El Gran Colisionador de Hadrones está programado para actualizarse a una luminosidad más alta que producirá más colisiones. Podrían aparecer nuevas pruebas de partículas u otros fenómenos en sus datos.

Toda esta emoción por un bamboleo puede parecer una reacción exagerada. Pero pequeñas discrepancias pueden y tiene, condujo a grandes sacudidas. En la década de 1850, Los astrónomos que midieron la órbita de Mercurio notaron que se desviaba un poco de lo que predeciría la teoría de la gravedad de Newton. "Esa anomalía, junto con otras pruebas, eventualmente nos llevó a la teoría de la relatividad general, "dijo Hooper.

"Nadie sabía de qué se trataba, pero hizo que la gente pensara y experimentara. Mi esperanza es que algún día miremos el resultado de este muón de la misma manera ".