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 diminutas partículas llamadas muones no están haciendo exactamente lo que se espera de ellas en 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 usan los físicos para describir y comprender cómo funciona el universo a nivel subatómico.
“Creemos que podríamos estar nadando en un mar de partículas de fondo todo el tiempo que simplemente no han sido descubiertas directamente”, dijo el codirector científico del experimento Fermilab, Chris Polly, en una conferencia de prensa. “Puede que haya monstruos que aún no hemos imaginado que están emergiendo del vacío interactuando con nuestros muones y esto nos da una ventana para verlos”.
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 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, si bien es aburrida para la mayoría de la gente, tiene a los físicos en movimiento: los campos magnéticos de los muones no parecen ser lo que el Modelo Estándar dice que deberían ser. Esto sigue a los nuevos resultados publicados el mes pasado por el Gran Colisionador de Hadrones del Centro Europeo de Investigación Nuclear que encontraron una proporción sorprendente de partículas después de colisiones de alta velocidad.
Si se confirman, los resultados de EE. UU. Serían el mayor hallazgo en el extraño mundo de las partículas subatómicas en casi 10 años, desde el descubrimiento del bosón de Higgs, a menudo llamado la “partícula de Dios”, dijo Aida El-Khadra de la Universidad de Illinois. que trabaja en física teórica para el experimento Fermilab.
El objetivo de los experimentos, explica el físico teórico de la Universidad Johns Hopkins, David Kaplan, es separar las 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, los científicos se sintieron tan confusos que un famoso físico 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 Fermilab de EE. UU., 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% 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 50 pies (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.
Los investigadores estudiaron minuciosamente los datos de varios años y algunos miles de choques y encontraron una diferencia del 15%, con significativamente más electrones que muones, dijo el investigador del experimento 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.
“Este no es un factor de engaño. Esto está mal ”, dijo Kaplan. Ese algo podría explicarse por una nueva partícula o fuerza.
O estos resultados 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. “Tenemos algo de confianza, pero nunca se sabe”.
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El escritor de AP Jamey Keaten en Ginebra contribuyó a este informe.
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