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Columnistas

El muón, la partícula que demostraría la existencia de una quinta fuerza en el universo

Por Fermín Cañete Alberdi

El pasado 7 de abril, un grupo de 200 científicos de Fermilab (laboratorio de física de partículas de Estados Unidos en Batavia, Illinois) anunció los resultados de su experimento más reciente, llamado “Muon g–2”. “Tenemos una fuerte evidencia de que el muón es sensible a algo que no está en nuestra mejor teoría”, explicó Renee Fatemi, física de la universidad de Kentucky que se encuentra trabajando en el proyecto.

La teoría, conocida como modelo estándar, surgió en la década de 1970 ante la necesidad de clasificar a todas las partículas y fuerzas que componen el universo. La mayoría fueron descubiertas por los físicos a partir de fines del siglo XIX. Había otras que sabían que tenían que existir, pero todavía no se habían encontrado.

Hasta hoy, la teoría admitía la existencia de unas cuantas partículas y cuatro fuerzas: la de gravedad, la electromagnética, y otras dos que tienen lugar en los núcleos atómicos: la nuclear fuerte y la nuclear débil.

Hasta hoy, la teoría admite la existencia de cuatro fuerzas: la de gravedad, la electromagnética, la nuclear fuerte y la nuclear débil.

Desde entonces, el modelo recopiló mucha evidencia a su favor, predijo gran número de fenómenos y llegó a su punto culmine en el 2012 con el hallazgo de una partícula cuyas características eran consistentes con el famoso bosón de Higgs.

El muón es una partícula subatómica conocida como el “primo” del electrón: al igual que este, tiene carga negativa y espín, aunque es unas 200 veces más masiva. Estas partículas se generan en la naturaleza cuando un rayo cósmico choca contra la atmósfera de nuestro planeta. Los aceleradores de partículas como los del laboratorio Fermilab los producen en grandes cantidades para su estudio. La ventaja que tiene el muón es que su vida media es más larga que la de otras partículas similares, por lo que le da más tiempo a los físicos a estudiarlos –aunque estemos hablando de milésimas de segundo. 

Debido a esta carga y espín que tienen los muones, cuando se los somete a un campo magnético muy potente –como el que provee la pista de imanes de 15 metros de diámetro que utilizó Fermilab–,  estos giran sobre su propio eje como un trompo. La velocidad con la que lo hacen depende de las fuerzas que actúan sobre ellos y puede estudiarse mediante el cálculo de lo que los científicos llaman factor g

Los resultados que obtuvieron para este factor no se condicen con las predicciones de la teoría estándar, lo que indica que hay algo que está modificando la velocidad de giro del muón y no es una de las cuatro fuerzas que conocemos. 

El laboratorio Fermilab en Illinois, Estados Unidos.

En 2001, el Laboratorio Nacional de Brookhaven en Nueva York detectó por primera vez este fenómeno, pero los equipos con los que contaba no eran lo suficientemente sensibles como para distinguir si esto era un error experimental o, efectivamente, una controversia en la teoría. 

El muón es una de las partículas fundamentales de la materia y su comportamiento no se corresponde con la teoría estándar. 

Veinte años más tarde, valiéndose de los avances tecnológicos y a partir de una titánica inversión –que incluyó el traslado de la enorme pista de imanes de Nueva York a Illinois–,  los científicos de Fermilab repitieron el experimento. Y llegaron a un valor para el factor g muy similar al del laboratorio de Brookhaven, pero con una precisión mucho mayor. Esto inclina la balanza en favor de la hipótesis que sostiene que hay una anomalía y que el muón es influenciado por una entidad que desconocemos. 

Por el momento, tendremos que seguir hablando en potencial, ya que, según las estrictas normas de la física los resultados todavía no califican como “descubrimiento”. Para que lo sea, la certidumbre estadística tiene que alcanzar los 5 sigmas (o desvíos estándar), lo que corresponde a una probabilidad de 1 en 3,5 millones de que la diferencia hallada en el factor g sea producto de una fluctuación aleatoria. En este experimento se alcanzaron los 4,2 sigmas o una probabilidad de 1 en 40.0000. Los físicos de Fermilab y del mundo esperan recopilar más datos con cauteloso optimismo. 

Aunque lo más probable es que el descubrimiento de esta fuerza tan difícil de detectar no tenga mucho impacto inmediato en nuestra vida cotidiana, abre la puerta hacia una nueva física de partículas y a un conocimiento más acabado de la estructura de la materia. Lo que, con el tiempo, puede tener consecuencias que ni siquiera podemos imaginar.

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