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Jaque mate al Modelo Estándar que explica al universo

Un descubrimiento en el segundo acelerador de partículas más potente del mundo da la estocada final al Modelo Estándar: en el universo hay ingredientes misteriosos no identificados que confirmarían la existencia de una Nueva Física.

Un nuevo descubrimiento en torno a una partícula elemental indica que el mundo cuántico es mucho más extenso de lo que conocemos actualmente: partículas desconocidas hasta ahora están emergiendo del vacío vapuleando mortalmente al Modelo Estándar, el marco teórico más completo que tenemos para explicar el universo.

El mes pasado, investigadores de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) descubrieron una importante fisura en el Modelo Estándar de la física de partículas que, si se confirma, anunciaría una Nueva Física de dimensiones todavía imprecisas.

Menos de un mes después, el laboratorio norteamericano de física de altas energías Fermilab, que dispone del segundo acelerador de partículas más potente del mundo, clava la puntilla definitiva: confirma la necesidad de reconstruir el modelo que describe todas las partículas elementales.

El Modelo Estándar, desarrollado hace casi 50 años, ha mostrado siempre sus carencias: no ha conseguido explicarlo todo, particularmente las constantes físicas fundamentales, la materia o la energía oscuras. Por este motivo, se considera un modelo que necesita ser perfeccionado.

Desde hace tiempo, los científicos están explorando una teoría todavía más fundamental, a la que han llamado Nueva Física, para explicar las anomalías detectadas en el Modelo Estándar.

El CERN descubrió un comportamiento inesperado en una partícula subatómica llamada quark fondo, también conocido como quark belleza: podría ser el resultado de su interacción con otra partícula subatómica desconocida que ejerce sobre esa partícula una fuerza imprecisa.

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Estocada final

Si ese descubrimiento ya dejó gravemente herido al Modelo Estándar, lo que ha observado Fermilab viene a poner el broche final a esta descripción del mundo: tendrá un impacto similar al descubrimiento del bosón de Higgs, que explicó el origen de la masa que da forma al universo y dejó abierta la puerta a la Nueva Física.

Los primeros resultados del experimento Muon g-2 en el Fermilab muestran partículas fundamentales llamadas muones que se comportan de una manera no predicha por el Modelo Estándar.

Se trata, según se explica en un comunicado, de un resultado histórico, realizado con una precisión sin precedentes, que confirma la discrepancia que ha estado carcomiendo a los investigadores durante décadas.

Muon g −2 es un experimento de física de partículas que mide el momento dipolar magnético anómalo del muon: el resultado de esa medición ha proporcionado la evidencia que faltaba de la existencia de partículas completamente nuevas no recogidas en el Modelo Estándar.

Indica que la sopa virtual de partículas que interactúa con todas las formas de materia, tiene ingredientes misteriosos y no identificados a las que los muones son especialmente sensibles.

Un muon es unas 200 veces más masivo que su primo, el electrón. Los muones se producen naturalmente cuando los rayos cósmicos inciden en la atmósfera de la Tierra, y los aceleradores de partículas del Fermilab pueden producirlos en grandes cantidades.

Como una peonza, el muón (µ) gira sobre sí mismo, convirtiéndose en un pequeño imán rodeado por un campo magnético. Crédito: Dani Zemba, Universidad Estatal de Pensilvania.

Momento magnético

Al igual que los electrones, los muones actúan como si tuvieran un pequeño imán interno. En un campo magnético fuerte, la dirección del imán del muon se precesa (la precesión es el movimiento asociado con el cambio de dirección en el espacio) o se tambalea, al igual que lo hace el eje de una peonza.

La fuerza del imán interno determina la velocidad a la que el muon precesa en un campo magnético externo. Esa fuerza del imán interno se llama momento magnético.

El momento magnético del muon se midió por primera vez en 2001 en el Laboratorio Nacional de Brookhaven en Nueva York, y se descubrió que era mayor de lo que predecía el Modelo Estándar.

Los físicos pensaron entonces que la interacción con partículas desconocidas, quizás contempladas por una teoría llamada supersimetría, podría haber causado esta anomalía.

La nueva medición del experimento Muon g-2 en Fermilab concuerda fuertemente con el valor encontrado en Brookhaven y pone de manifiesto que el Modelo Estándar por sí solo no puede explicarla. Es una prueba convincente de la Nueva Física, destacan sus descubridores.

Ninguno de los experimentos, tanto de Brookhaven como del Fermilab, se considera todavía un descubrimiento oficial, porque existe una pequeña posibilidad de que los resultados obtenidos se deban a errores estadísticos.

Hasta ahora se ha analizado solo el 6% de los datos que recopilará Fermilab en torno al momento magnético del muon, y aunque se considera más que suficiente para desafiar al Modelo Estándar, los análisis seguirán.

De hecho, el análisis de datos de la segunda y tercera ejecución del experimento está en marcha, la cuarta ejecución se está organizando y se planea incluso una quinta ejecución.

La combinación de los resultados de los cinco experimentos dará a los científicos una medida aún más precisa de la oscilación del muon, revelando con mayor certeza si la Nueva Física se esconde dentro de la espuma cuántica.

¿Última palabra?

De todas formas, científicos franceses advierten en la revista Nature que el Modelo Estándar puede que no haya dicho todavía la última palabra: un método independiente de cálculo concluye que la anomalía detectada en el momento magnético del muon es menor que la establecida en las mediciones.

Esta «anomalía de la anomalía» debe ser confirmada por otros equipos, pero los científicos franceses esperan obtener una nueva predicción que sea lo suficientemente precisa como para decidir el destino del Modelo Estándar en los próximos años.

Referencia

Measurement of the Positive Muon Anomalous Magnetic Moment to 0.46 ppm. B. Abi et al. (Muon g−2 Collaboration). Phys. Rev. Lett. 126, 141801, 7 April 2021. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.141801

Foto superior: Steve Buissinne en Pixabay.

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe, periodista científico, es el Editor de Tendencias21.

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