Un nuevo experimento rompió las conocidas reglas de la física
Una de las partículas subatómicas más comunes del universo, el muón, parece comportarse mal. O al menos no se comporta como los físicos esperan. De hecho, los muones se desvían tanto de las leyes de la física que los científicos han comenzado a creer que nuestro conocimiento al respecto es incompleto o que hay una fuerza en el universo que aún no conocemos.
Los muones son como electrones grandes: tienen cargas negativas pero son 207 veces más pesados que los electrones. Gracias a su carga y una propiedad llamada «giro», actúan como pequeños imanes. Entonces, cuando los muones se sumergen en otro campo magnético, experimentan una oscilación infinitesimal. Pero en un estudio Físicos de Fermilab en Illinois, la publicación de esta semana publicó una discrepancia entre la cantidad de muones que deben oscilar y la cantidad de muones que realmente deben oscilar en un experimento de laboratorio.
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La diferencia es tan grande que muchos científicos están convencidos de que deben estar involucradas partículas o fuerzas que aún no hemos descubierto. En otras palabras, este descubrimiento es una prueba más de que algo misterioso jugó un papel en la configuración de nuestro universo, algo que está ausente de las reglas de la física actual.
«En ese sentido, la nueva escala podría ser el comienzo de una revolución en nuestra comprensión de la naturaleza», dijo a Insider Thomas Tuebner, físico teórico de la Universidad de Liverpool y coautor del nuevo estudio. Es posible que este fenómeno desconocido también esté vinculado a la materia oscura, la misteriosa prima de la materia que apareció inmediatamente después del Big Bang y constituye una cuarta parte del universo.
Dispara muones en círculo a la velocidad de la luz.
Cuando los rayos cósmicos entran en la atmósfera de la Tierra, crean muones. Varios cientos de muones golpean tu cabeza cada segundo. Pueden penetrar cosas como rayos X (hace unos años, los científicos usaron muones para descubrir una habitación oculta en la Gran Pirámide de Egipto), pero las partículas solo duran dos millonésimas de segundo. Luego se descomponen en grupos de partículas más ligeras.
Durante su corta vida útil, cada muón permanece dirigido alrededor de un solo punto, al igual que una brújula siempre apunta hacia el norte. Pero cuando se encuentra con un campo magnético, la dirección del muón se desvía ligeramente de este punto. Esta es la oscilación crítica, conocida como factor g, que examina la prueba de Fermilab.
Fermilab es un proyecto del Departamento de Energía de Estados Unidos, asociado a la Universidad de Chicago, dedicado al estudio de la física de partículas. Los científicos pueden producir muones allí para estudiar haciendo que un haz de protones atraviese el metal muy rápidamente utilizando un acelerador de partículas.
Por lo tanto, los investigadores detrás del nuevo estudio tomaron estos muones y los apuntaron a un electroimán circular con un diámetro de 15 metros. Luego, los muones viajaron a una velocidad cercana a la de la luz y rodearon el círculo más de 1000 veces. A medida que los muones del dispositivo decaen, los detectores ultrasensibles pueden medir la dirección en la que se mueven las pequeñas partículas resultantes. Los físicos pueden usar esta información para calcular la ubicación del punto fijo por muón.
Debería ser posible calcular la cantidad exacta de muones que oscilarán utilizando el Modelo Estándar de Física, que incluye todo lo que sabemos sobre el comportamiento de las partículas. Pero el equipo de Fermilab descubrió que su oscilación de muones no cumplía con estas expectativas. Por el contrario, se compensa con un tercio de una millonésima de una centésima.
Esta diferencia puede parecer increíblemente pequeña, pero Thomas Teubner dijo que en realidad era un «hito» para la física de partículas. Y eso probablemente no sea el resultado de algún error: el equipo descubrió que solo había una probabilidad de 1 en 40,000 de que la diferencia en sus medidas se debiera a la casualidad. “Esta es una fuerte evidencia de que los muones son sensibles a algo que no está en nuestras mejores teorías”, dijo René Fatemi, uno de los líderes del experimento Fermilab Muon, en un informe. comunicado de prensa.
Un rompecabezas de 20 años
Esta no es la primera vez que los muones no se han comportado como predijeron las mejores teorías científicas. En 2001, el Laboratorio Nacional de Brookhaven en Nueva York llevó a cabo un experimento similar utilizando el mismo electroimán gigante. Estos resultados también mostraron que la oscilación de muones in vitro se desvió de lo que debería haber sido. Pero estos resultados fueron estadísticamente menos significativos que los del Fermilab: había una posibilidad entre 1000 de que fuera una coincidencia.
Hoy, los resultados del Fermilab confirman lo que los físicos de Brookhaven descubrieron hace 20 años, y esto «hizo que la diferencia ya vista con el antiguo descubrimiento fuera aún más interesante», dijo Thomas Teubner. Se espera que fermilab publique datos de dos ensayos similares en los próximos dos años. Ya se está realizando una cuarta prueba y se está preparando una quinta.
Lo que afecta a los muones podría tener algo que ver con la materia oscura
Según Thomas Tuebner, es posible que una fuerza que no forma parte del modelo estándar de la física pueda explicar la fluctuación de los muones. Él dice que esta fuerza también podría explicar la existencia de materia oscura, y posiblemente incluso energía oscura, que juega un papel importante en la aceleración de la expansión del universo. “Los teóricos encontrarán interesante resolver más de un problema a la vez”, dice Thomas Teubner.
Una hipótesis que podría aplicarse tanto a los muones como a la materia oscura, agregó, es que los muones y todas las demás partículas tienen partículas asociadas casi idénticas que interactúan débilmente con ellas. Este concepto se conoce como supersimetría.
Pero las tecnologías actuales de Fermilab no son lo suficientemente sensibles para probar esta idea. Además, agrega Thomas Teopner, el efecto misterioso sobre los muones puede no estar relacionado en absoluto con la materia oscura, lo que significa que las reglas de la física son inadecuadas en más de un sentido.
Una copia original: Eileen Woodward / Insider
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