Los muones siguen comport\u00e1ndose mal. Un experimento en los Estados Unidos ha confirmado un hallazgo anterior de que las part\u00edculas, primas masivas e inestables del electr\u00f3n, son m\u00e1s magn\u00e9ticas de lo que los investigadores esperaban originalmente. Si los resultados se mantienen, en \u00faltima instancia podr\u00edan forzar cambios importantes en la f\u00edsica te\u00f3rica y revelar la existencia de part\u00edculas fundamentales completamente nuevas.<\/p>\n\n\n\n
La colaboraci\u00f3n de Muon g – 2 en el Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) en las afueras de Chicago, Illinois, inform\u00f3 las \u00faltimas mediciones en un webcast el 7 de abril y las public\u00f3 en Physical Review Letters. Los resultados son “extremadamente alentadores” para aquellos que esperan descubrir otras part\u00edculas, dice Susan Gardner, f\u00edsica de la Universidad de Kentucky en Lexington.<\/p>\n\n\n\n
Muon g – 2 (pronunciado “g menos 2”) insinu\u00f3 por primera vez que algo andaba mal con el mu\u00f3n en 20012, cuando el experimento se estaba llevando a cabo en el Laboratorio Nacional Brookhaven en Upton, Nueva York. Los f\u00edsicos midieron la fuerza del momento magn\u00e9tico de la part\u00edcula, una propiedad que la hace actuar como una peque\u00f1a barra magn\u00e9tica. El modelo est\u00e1ndar de f\u00edsica de part\u00edculas dice que en las unidades apropiadas, el momento magn\u00e9tico del mu\u00f3n debe ser un n\u00famero muy cercano, pero no igual, a 2. El experimento de Brookhaven midi\u00f3 esa peque\u00f1a diferencia, conocida como g – 2, pero encontr\u00f3 que era un poco m\u00e1s grande de lo que los te\u00f3ricos hab\u00edan predicho.<\/p>\n\n\n\n
El momento magn\u00e9tico<\/a> de las part\u00edculas elementales se ve reforzado por las versiones “virtuales” de las part\u00edculas elementales conocidas que continuamente salen del vac\u00edo solo para desaparecer una fracci\u00f3n de segundo m\u00e1s tarde. Los f\u00edsicos realizan c\u00e1lculos detallados y prolongados de las contribuciones de todas las part\u00edculas conocidas, por lo que si los resultados experimentales difieren significativamente del valor predicho de g \u2013 2, razonan que tipos de part\u00edculas previamente desconocidos deben estar al acecho en el vac\u00edo. El experimento original de Muon g – 2 hizo que muchos f\u00edsicos esperaran que pronto se descubrir\u00edan nuevas part\u00edculas.<\/p>\n\n\n\n Frecuencia secreta Para evitar sesgar su an\u00e1lisis de datos, la colaboraci\u00f3n se hab\u00eda cegado a un par\u00e1metro crucial que se necesita para calcular la constante g – 2: la frecuencia exacta de un reloj digital en su instrumentaci\u00f3n. A dos f\u00edsicos del Fermilab que no son miembros de la colaboraci\u00f3n se les confi\u00f3 la informaci\u00f3n que faltaba. Como resultado, el equipo pudo realizar un estudio extenso, pero inicialmente pudo trazar sus hallazgos solo en un gr\u00e1fico en el que los ejes ten\u00edan escalas ligeramente inciertas.<\/p>\n\n\n\n Luego, en una teleconferencia del 25 de febrero que incluy\u00f3 a la mayor\u00eda de los m\u00e1s de 200 miembros del equipo, los dos col\u00edderes del experimento abrieron un sobre que conten\u00eda la frecuencia secreta del reloj. Cuando conectaron el n\u00famero a sus computadoras, revel\u00f3 el verdadero valor de su medida g – 2. Inmediatamente fue obvio para el equipo que el resultado era consistente con el registrado en Brookhaven hace m\u00e1s de 20 a\u00f1os.<\/p>\n\n\n\n \u201cEl acuerdo es excelente\u201d, dice Lee Roberts de la Universidad de Boston en Massachusetts, uno de los miembros originales del equipo Muon g – 2. “La gente aplaud\u00eda y saltaba arriba y abajo, todo lo que puedes hacer en Zoom”. Las reacciones de alegr\u00eda fueron obvias, a pesar de que \u201cmuchos de nosotros est\u00e1bamos en silencio\u201d, agrega Brynn MacCoy, f\u00edsica de la Universidad de Washington en Seattle. El resultado reivindica la afirmaci\u00f3n del experimento original, dice Roberts.<\/p>\n\n\n\n Otros f\u00edsicos est\u00e1n de acuerdo. El \u00faltimo anuncio da “una respuesta clara y agradable” al enigma planteado por los resultados anteriores, dice el f\u00edsico te\u00f3rico Gino Isidori de la Universidad de Zurich en Suiza. “El experimento fue correcto”.<\/p>\n\n\n\n Pero aunque la brecha entre los resultados te\u00f3ricos y experimentales ha aumentado en importancia estad\u00edstica, todav\u00eda no es una prueba inequ\u00edvoca de la existencia de nuevas part\u00edculas. “Aquellos que eran esc\u00e9pticos probablemente seguir\u00e1n siendo esc\u00e9pticos”, dice Isidori. \u201cEn este punto, la pelota est\u00e1 en el campo de los te\u00f3ricos\u201d, agrega.<\/p>\n\n\n\n C\u00e1lculos de quarks La parte m\u00e1s dif\u00edcil de calcular es la contribuci\u00f3n de los quarks, los componentes b\u00e1sicos de los protones y neutrones, raz\u00f3n por la cual los f\u00edsicos tradicionalmente han complementado sus c\u00e1lculos con datos de experimentos con colisionadores.<\/p>\n\n\n\n En el estudio de Nature, Zoltan Fodor de la Universidad Estatal de Pensilvania en University Park y sus colaboradores recalcularon las contribuciones de los quarks desde cero con una t\u00e9cnica de simulaci\u00f3n llamada cromodin\u00e1mica cu\u00e1ntica reticular (QCD reticular). La t\u00e9cnica no se hab\u00eda incluido previamente en las predicciones g – 2 porque el QCD de celos\u00eda<\/a> no estaba lo suficientemente maduro como para dar resultados de alta precisi\u00f3n. Fodor y su equipo lograron mejorar la precisi\u00f3n y encontraron que g – 2 era mayor que el valor de consenso y mucho m\u00e1s cercano a la medici\u00f3n experimental. Otros equipos de QCD de celos\u00eda est\u00e1n trabajando para igualar esa precisi\u00f3n para que la t\u00e9cnica pueda usarse en los c\u00e1lculos del valor de consenso, dice Aida El-Khadra, f\u00edsica te\u00f3rica de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. \u201cLas otras colaboraciones tambi\u00e9n est\u00e1n trabajando para reducir sus errores, lo que requiere importantes recursos computacionales\u201d, dice.<\/p>\n\n\n\n Actualizando la f\u00edsica<\/strong> Siguen existiendo muchas teor\u00edas que podr\u00edan explicar los resultados de Muon g – 2, pero los investigadores las ven como artificiales. “Para m\u00ed, no hay una sola explicaci\u00f3n que se destaque por ser mucho m\u00e1s elegante o convincente que cualquier otra”, dice Dominik St\u00f6ckinger, f\u00edsico te\u00f3rico de la Universidad Tecnol\u00f3gica de Dresde en Alemania, miembro de Muon g – 2.<\/p>\n\n\n\n Desde que se mont\u00f3 por primera vez en la d\u00e9cada de 1970, el modelo est\u00e1ndar ha pasado todas las pruebas y ha sobrevivido casi sin cambios. Pero los f\u00edsicos saben que debe estar incompleto y algunos esperan que los muones revelen su primer fallo. “Si confirmamos una diferencia con el modelo est\u00e1ndar, eso es lo que la gente ha estado buscando durante 50 a\u00f1os”, dice Roberts.<\/p>\n\n\n\n
<\/strong>Para verificar los resultados de Brookhaven, los investigadores reconstruyeron el experimento, que mantiene a los muones corriendo en c\u00edrculos alrededor de un im\u00e1n de anillo superconductor de 15 metros de di\u00e1metro, en Fermilab. Comenzaron a recopilar datos en 2018 y ahora han presentado los resultados del primer a\u00f1o de operaciones.<\/p>\n\n\n\n
<\/strong>La predicci\u00f3n m\u00e1s aceptada para el momento magn\u00e9tico del mu\u00f3n es un n\u00famero que la comunidad te\u00f3rica public\u00f3 el a\u00f1o pasado en un documento de “consenso” 3. Pero otro estudio publicado el 7 de abril, esta vez en Nature4, sugiere que la brecha entre la teor\u00eda y el experimento podr\u00eda no ser tan grande como se pensaba.<\/p>\n\n\n\n
El equipo de Muon g – 2 ahora est\u00e1 ocupado analizando algunos de los datos m\u00e1s recientes, as\u00ed como recopilando m\u00e1s. En \u00faltima instancia, los investigadores esperan que la precisi\u00f3n de su medici\u00f3n mejore cuatro veces. Si la discrepancia resulta ser real, entonces el modelo est\u00e1ndar deber\u00e1 actualizarse para incluir nuevas part\u00edculas. Un problema es que desde 2001, muchas posibles part\u00edculas candidatas que podr\u00edan haber inflado el momento magn\u00e9tico del mu\u00f3n han sido descartadas en otros experimentos, principalmente por el Gran Colisionador de Hadrones en las afueras de Ginebra, Suiza.<\/p>\n\n\n\n