¿Qué tiene aproximadamente 200 veces la masa de un electrón, existe durante aproximadamente 2 millonésimas de segundo, golpea continuamente cada centímetro de la superficie de la Tierra y parece comportarse de una manera que abre un agujero en las leyes de la física aceptadas desde hace mucho tiempo? P>
Se trataría del muón, una partícula descubierta por primera vez a finales de los años 1930, que se forma en la naturaleza cuando los rayos cósmicos chocan contra partículas en la atmósfera de nuestro planeta. Los muones pasan a través de ti y de todo lo que te rodea a una velocidad cercana a la de la luz. Sin embargo, muchos de nosotros probablemente ni siquiera nos dimos cuenta de su existencia hasta abril de 2021, cuando la partícula apareció en los titulares de las noticias después de que investigadores del Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi del gobierno de EE. UU., más comúnmente conocido como Fermilab, publicaran los resultados iniciales de un estudio de tres años. -Experimento largo Muon g-2.
El estudio del Fermilab confirmó hallazgos anteriores de que el muón se comporta de una manera contraria al Modelo Estándar de Física de Partículas, el marco teórico que pretende describir cómo funciona la realidad en el nivel más pequeño. Como explica este artículo de Science, los muones (que existen en un mar de otras partículas diminutas y antipartículas que los afectan) en realidad son ligeramente más magnéticos de lo que predice el Modelo Estándar. Esto, a su vez, apunta a la posible existencia de otras partículas o fuerzas aún desconocidas.
Como explicó uno de los investigadores, el físico Jason Bono, en un comunicado de prensa de su alma mater, la Universidad Internacional de Florida, el equipo sabía que si confirmaban la discrepancia en el magnetismo de los muones, "no sabríamos exactamente qué lo está causando, pero sabríamos que es algo que aún no entendemos."
Los resultados iniciales, junto con otras investigaciones recientes sobre partículas, podrían ayudar a fundamentar una nueva física que reemplazaría al modelo estándar. Desde Fermilab, aquí tenéis un vídeo de YouTube que explica los resultados y su importancia:
"Los muones son como los electrones, excepto que son 200 veces más pesados", explica Mark B. Wise en una entrevista por correo electrónico. Es profesor de física de altas energías en el Instituto de Tecnología de California y miembro de la prestigiosa Academia Nacional de Ciencias. (Si esto no le impresiona lo suficiente, también trabajó como consultor técnico sobre aceleradores de partículas para la película de Hollywood de 2010 "Iron Man 2").
"Según la fórmula de Einstein E=mc2, esto significa que los muones en reposo tienen mayor energía que los electrones", afirma Wise. "Esto les permite descomponerse en partículas más ligeras y, al mismo tiempo, conservar la energía en general".
Otra diferencia clave es que se cree que los electrones son casi inmortales, pero los muones sólo existen durante 2,2 millonésimas de segundo, antes de desintegrarse en un electrón y dos tipos de neutrinos, según este manual sobre la partícula del Departamento de Energía de EE. UU.
Los muones que se crean constantemente cuando los rayos cósmicos chocan contra partículas en la atmósfera terrestre viajan distancias asombrosas en su breve existencia, moviéndose a una velocidad cercana a la de la luz. Golpean cada centímetro de la superficie de la Tierra y atraviesan casi todo lo que se encuentra en su camino inmediato, penetrando potencialmente una milla o más en la superficie de la Tierra, según el DOE.
Algunos han descrito a los muones como la clave para comprender todas las partículas subatómicas, aunque Wise no llega tan lejos. "En la búsqueda de una física que vaya más allá de nuestro conocimiento actual, es necesario estudiar todas las partículas", afirma. "Sin embargo, el muón tiene algunas ventajas. Por ejemplo, su momento magnético anómalo se predice con mucha precisión, lo que lo hace más sensible a la nueva física, más allá de nuestra teoría actual, que alteraría esta predicción. Al mismo tiempo, se puede medir con mucha precisión." /P>
Sin embargo, estudiar los muones no es una cuestión sencilla. Fermilab está utilizando un dispositivo de 700 toneladas (635 toneladas métricas) que contiene tres anillos, cada uno de 50 pies (15 metros) de diámetro, que fue enviado en barcaza y camión a Illinois desde su hogar original en el Laboratorio Nacional Brookhaven en Nueva York hace unos años. atrás. El dispositivo es capaz de generar un campo magnético de 1,45 Tesla, aproximadamente 30.000 veces el campo magnético de la Tierra.
"Es fascinante que para estudiar algo tan pequeño y de corta duración se necesiten estos enormes equipos", explica Wise. "Cuando se producen con alta energía, viajan casi a la velocidad de la luz y pueden viajar una distancia considerable antes de desintegrarse. Por eso, podrías buscar la evidencia que dejan en un detector".
Por ejemplo, dado que los muones son partículas cargadas, pueden ionizar la materia que atraviesan. Según Wise, los electrones que se producen mediante esta ionización se pueden detectar.
Wise dice que el reciente descubrimiento del equipo del Fermilab de que la partícula es ligeramente más magnética de lo que esperaban los físicos es significativo. "No está de acuerdo con la predicción de las teorías actuales para el momento magnético del muón (la teoría actual generalmente se llama Modelo Estándar). Por lo tanto, hay algo de física nueva más allá de eso en nuestra teoría actual que está presente y cambia la predicción para esta cantidad", Wise dice
Como muchos descubrimientos importantes, el hallazgo del Fermilab plantea más preguntas nuevas y hay mucho que los científicos todavía quieren saber sobre el muón.
"La cuestión que plantea es cuál es la nueva física", dice Wise. "También hay otras anomalías que no se explican en el [modelo estándar] que involucran muones. ¿Están todas conectadas de alguna manera?"
Wise también advierte sobre los hallazgos del Fermilab. "Puede ser que haya algún efecto sistemático en el experimento que no se comprende y que está afectando la interpretación de la medición", explica. "Lo mismo ocurre con la teoría. Por lo tanto, esta anomalía podría desaparecer en última instancia. Es muy importante comprobar este tipo de cosas tanto como sea posible."
Ahora eso es interesanteComo señala el físico del Fermilab Chris Polly en este ensayo de 2020, cada partícula del universo, incluso en las extensiones del espacio más profundas y aparentemente vacías, está rodeada por un "séquito" de otras partículas, que continuamente "parpadean dentro y fuera de la existencia". "
