Los resultados preliminares de dos experimentos sugieren que algo podría estar mal con la forma básica en que los físicos piensan que funciona el universo, una perspectiva que tiene al campo de la física de partículas desconcertado y emocionado.
Las partículas más pequeñas no están haciendo lo que se espera de ellas cuando se hacen girar alrededor de dos experimentos diferentes de larga duración en los Estados Unidos y Europa. Los resultados confusos, si se demuestra que son correctos, revelan problemas importantes con el libro de reglas que los físicos usan para describir y comprender cómo funciona el universo a nivel subatómico.
El físico teórico Matthew McCullough del CERN, la Organización Europea para la Investigación Nuclear, dijo que desenredar los misterios podría “llevarnos más allá de nuestra comprensión actual de la naturaleza”.
El libro de reglas, llamado Modelo Estándar, se desarrolló hace unos 50 años. Los experimentos realizados durante décadas afirmaron una y otra vez que sus descripciones de las partículas y las fuerzas que componen y gobiernan el universo eran bastante acertadas. Hasta ahora.
“Nuevas partículas, nueva física podrían estar más allá de nuestra investigación”, dijo Alexey Petrov, físico de partículas de la Universidad Estatal de Wayne. “Es tentador”.
El Fermilab del Departamento de Energía de los Estados Unidos anunció el miércoles los resultados de 8.200 millones de carreras a lo largo de una pista en las afueras de Chicago que, aunque aburrida para la mayoría de la gente, tiene a los físicos en movimiento: el campo magnético alrededor de una partícula subatómica fugaz no es lo que el Modelo Estándar dice que debería ser. Esto sigue a los nuevos resultados publicados el mes pasado del Gran Colisionador de Hadrones del CERN que encontraron una proporción sorprendente de partículas después de colisiones de alta velocidad.
Petrov, que no participó en ninguno de los experimentos, inicialmente se mostró escéptico de los resultados del Gran Colisionador de Hadrones cuando surgieron las primeras pistas en 2014. Con los resultados más recientes y más completos, dijo que ahora está “cautelosamente extasiado”.
Se trata del muón
El objetivo de los experimentos, explica el físico teórico de la Universidad Johns Hopkins, David Kaplan, es separar partículas y descubrir si hay “algo raro” tanto con las partículas como con el espacio aparentemente vacío entre ellas.
“Los secretos no solo viven en la materia. Viven en algo que parece llenar todo el espacio y el tiempo. Estos son campos cuánticos”, dijo Kaplan. “Estamos poniendo energía en el vacío y viendo qué sale”.
Ambos conjuntos de resultados involucran la extraña y fugaz partícula llamada muón. El muón es el primo más pesado del electrón que orbita el centro de un átomo. Pero el muón no es parte del átomo, es inestable y normalmente existe solo durante dos microsegundos. Después de que fuera descubierto en los rayos cósmicos en 1936, confundió tanto a los científicos que un físico famoso preguntó “¿Quién ordenó eso?”
“Desde el principio hizo que los físicos se rascaran la cabeza”, dijo Graziano Venanzoni, físico experimental en un laboratorio nacional italiano, que es uno de los principales científicos del experimento estadounidense Fermilab, llamado Muon g-2.
El experimento envía muones alrededor de una pista magnetizada que mantiene las partículas en existencia el tiempo suficiente para que los investigadores las vean más de cerca. Los resultados preliminares sugieren que el “giro” magnético de los muones es un 0,1 por ciento de lo que predice el Modelo Estándar. Puede que no parezca mucho, pero para los físicos de partículas es enorme, más que suficiente para cambiar la comprensión actual.
Los investigadores necesitan uno o dos años más para terminar de analizar los resultados de todas las vueltas alrededor de la pista de 14 metros. Si los resultados no cambian, contará como un descubrimiento importante, dijo Venanzoni.
Por separado, en el CERN, el mayor destructor de átomos del mundo, los físicos han estado chocando protones entre sí para ver qué sucede después. Uno de los varios experimentos separados de los colisionadores de partículas mide lo que sucede cuando las partículas llamadas quarks de fondo o belleza chocan.
El Modelo Estándar predice que estos choques de quarks de belleza deberían resultar en el mismo número de electrones y muones. Es como lanzar una moneda 1.000 veces y obtener aproximadamente el mismo número de caras y cruces, dijo el jefe del experimento de belleza del Gran Colisionador de Hadrones, Chris Parkes.
Pero eso no es lo que pasó.
‘Esto es algo mal’
Los investigadores estudiaron minuciosamente los datos de varios años y algunos miles de choques y encontraron una diferencia del 15 por ciento, con significativamente más electrones que muones, dijo el investigador experimental Sheldon Stone de la Universidad de Syracuse.
Ninguno de los experimentos se considera un descubrimiento oficial todavía porque existe una pequeña posibilidad de que los resultados sean caprichos estadísticos. La ejecución de los experimentos más veces, planificada en ambos casos, podría, en uno o dos años, alcanzar los requisitos estadísticos increíblemente estrictos para que la física lo considere un descubrimiento, dijeron los investigadores.
Si los resultados se mantienen, cambiarían “cualquier otro cálculo realizado” en el mundo de la física de partículas, dijo Kaplan.
“Esto no es un factor de engaño. Es algo que está mal”, dijo Kaplan.
Explicó que puede haber algún tipo de partícula no descubierta, o fuerza, que podría explicar ambos resultados extraños.
O pueden ser errores. En 2011, un extraño hallazgo de que una partícula llamada neutrino parecía viajar más rápido que la luz amenazó al modelo, pero resultó ser el resultado de un problema de conexión eléctrica suelta en el experimento.
“Verificamos todas nuestras conexiones de cable y hemos hecho todo lo posible para verificar nuestros datos”, dijo Stone. “Estamos un poco confiados, pero nunca se sabe”.