Quinta fuerza de la naturaleza: el experimento de EE. UU. que podría confirmar este misterio de la física
Los resultados del experimento desafían la teoría que ha explicado por 50 años cómo funciona el mundo que nos rodea.
El último 10 de agosto, un equipo de científicos del laboratorio Fermilab, a 50 kilómetros de Chicago, en Estados Unidos, anunció que los resultados de un experimento no concuerdan con lo predicho por la teoría, lo que podría deberse a la existencia de una nueva fuerza de la naturaleza, una posibilidad planteada desde hace algunos años por otras investigaciones.
Toda la materia visible, es decir, nosotros y el mundo que nos rodea, está sujeta a cuatro fuerzas: gravedad, electromagnetismo, fuerza nuclear fuerte (unión de los núcleos atómicos) y fuerza nuclear débil (desintegración radiactiva).
Sin embargo, según los resultados del mencionado experimento, una diminuta partícula parece comportarse de una manera que no se puede explicar mediante dichas interacciones.
¿Qué se ha detectado realmente y cómo se podría confirmar este hallazgo?
El experimento se llevó a cabo en un anillo de 15 metros de diámetro. Foto: Fermilab
Experimento con muones
El equipo usó muones, partículas subatómicas similares a los electrones pero unas 200 veces más pesadas. Estos fueron introducidos en un anillo con un campo magnético para conocer su comportamiento bajo dichas condiciones.
De acuerdo con los físicos, los muones giran como una peonza alrededor del campo magnético, tambaleándose a medida que se desplazan por el anillo. Al calcular la velocidad de este bamboleo junto con la fuerza del campo magnético, los científicos obtienen una propiedad del muon llamada momento magnético, representada por la letra 'g'.
En el nivel más simple, 'g' debería ser igual 2, según la teoría.
No obstante, el experimento en Fermilab, llamado Muon g-2, ha arrojado un valor superior a 2 por 0.00233184110, lo que está incluso por encima del exceso que podría ser causado por la intervención de cualquier partícula o fuerza conocida.
Por tanto, este resultado sugiere que algo más allá de la teoría está perturbando al muon.
Los muones son partículas de la misma clase de los electrones, pero mucho más pesados. Foto: referencial / SciTechDaily
Una fuerza desconocida que desafía al modelo estándar
La teoría a la que tanto se hace alusión en este artículo es el modelo estándar, que por más de 50 años ha explicado el comportamiento de las partículas fundamentales (más pequeñas que un átomo) que componen la materia.
Según el modelo estándar, estas partículas subatómicas interactúan para crear tres de las cuatro fuerzas de la naturaleza: los fotones crean el electromagnetismo, los gluones crean la fuerza nuclear fuerte, y los bosones W y Z crean la fuerza nuclear débil.
En tanto, la teoría de la relatividad general describe la gravedad como una consecuencia de la concentración de masa, pero sus efectos se han observado principalmente a escala macroscópica. En el mundo de las partículas, son las otras tres fuerzas las que gobiernan todo.
Al realizar los experimentos con partículas, se tienen en cuenta todos esos factores. Por ello, una medición inesperada del momento magnético del muon no es poca cosa.
“Creemos que puede haber otra fuerza, algo que no sepamos aún, pero debería ser importante porque nos dice algo nuevo del universo”, dijo a la BBC Graziano Venanzoni, uno de los físicos que participan en el proyecto.
Uno de los enigmas que el modelo estándar no explica es la materia oscura, que da forma a las galaxias. Foto: NASA
El reciente anuncio adquiere gran relevancia porque un resultado parecido se obtuvo en 2021 en Fermilab, el cual revalidó lo observado 20 años antes en el Laboratorio Nacional de Brookhaven (EE. UU.)
Los nuevos resultados tienen una precisión muy superior a los anteriores, por lo que la posibilidad de que sea un error es ínfima.
Datos por revisar
La comunidad científica pide cautela ante este nuevo hallazgo, puesto que aún falta analizar un gran conjunto de datos. El equipo estima que su medición final —y más precisa— será anunciada en 2025.
Si bien hay mucha expectativa ante la confirmación de este nuevo descubrimiento, los defensores del modelo estándar no dan la batalla por perdida.
Carlos Argüelles, profesor asistente del Departamento de Física de la Universidad de Harvard, cuenta a La República que, cuando se anunciaron los resultados de Fermilab en 2021, los físicos revisaron los cálculos teóricos sobre el muon y lograron acercarse a lo que se ha observado en los recientes experimentos.
"Los resultados (recién anunciados) son consistentes e implican que hay que seguir trabajando en mejorar los cálculos teóricos", dice Argüelles.
Sin embargo, el investigador no descarta que la teoría termine fallando ante las pruebas irrefutables de "una nueva física".
"Es posible que estos cálculos nos lleven a un número distinto al observado en los experimentos. De ser ese el caso, podríamos estar ante la presencia de nuevas fuerzas o nuevas partículas que influyen en los muones", explica.