¿Qué es aproximadamente 200 veces la masa de un electrón, existe durante aproximadamente 2 millonésimas de segundo, golpea continuamente cada pulgada de la superficie de la Tierra y parece comportarse de una manera que abre un agujero en las leyes de la física aceptadas desde hace mucho tiempo ?
Ese sería el muón, una partícula descubierta por primera vez a fines de la década de 1930 , que se forma en la naturaleza cuando los rayos cósmicos golpean partículas en la atmósfera de nuestro planeta. Los muones pasan a través de ti y de todo lo que te rodea a una velocidad cercana a la de la luz. Sin embargo, muchos de nosotros probablemente ni siquiera nos dimos cuenta de su existencia hasta abril de 2021, cuando la partícula apareció en los titulares de las noticias después de que investigadores del Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi del gobierno de EE. UU., Más comúnmente conocido como Fermilab , publicaron los resultados iniciales de una investigación de tres años. -Experimento largo de Muon g-2 .
El estudio de Fermilab confirmó hallazgos previos de que el muón se comporta de una manera contraria al Modelo Estándar de Física de Partículas , el marco teórico que tiene como objetivo describir cómo funciona la realidad en el nivel más pequeño. Como explica este artículo en Science, los muones, que existen en un mar de otras partículas diminutas y antipartículas que los afectan, en realidad son un poco más magnéticos de lo que predeciría el Modelo Estándar. Eso, a su vez, apunta a la posible existencia de otras partículas o fuerzas aún desconocidas.
Como explicó uno de los investigadores, el físico Jason Bono, en un comunicado de prensa de la Universidad Internacional de Florida, su alma mater, el equipo sabía que si confirmaban la discrepancia en el magnetismo de los muones, "no sabríamos exactamente qué lo está causando, pero sabría que es algo que aún no entendemos ".
Los resultados iniciales, junto con otras investigaciones recientes sobre partículas , podrían ayudar a construir el caso de una nueva física que reemplazaría al Modelo Estándar. De Fermilab, aquí hay un video de YouTube que explica los resultados y su importancia:
"Los muones son como electrones, excepto que son 200 veces más pesados", explica Mark B. Wise , en una entrevista por correo electrónico. Es profesor de física de altas energías en el Instituto de Tecnología de California y miembro de la prestigiosa Academia Nacional de Ciencias . (Si eso no le impresiona lo suficiente, también se desempeñó como consultor técnico en aceleradores de partículas para la película de Hollywood de 2010 "Iron Man 2").
"Según la fórmula de Einstein E = mc2, esto significa que los muones en reposo tienen mayor energía que los electrones", dice Wise. "Esto les permite descomponerse en partículas más ligeras sin dejar de conservar la energía en general".
Otra diferencia clave es que se cree que los electrones son bastante inmortales , pero los muones solo existen durante 2,2 millonésimas de segundo, antes de desintegrarse en un electrón y dos tipos de neutrinos, según este manual del Departamento de Energía de EE. UU. Sobre la partícula.
Los muones que se crean constantemente cuando los rayos cósmicos chocan contra partículas en la atmósfera de la Tierra viajan distancias asombrosas en su breve existencia, moviéndose a una velocidad cercana a la de la luz. Golpean cada centímetro de la superficie de la Tierra y atraviesan casi todo en su camino inmediato, potencialmente penetrando una milla o más en la superficie de la Tierra, según DOE.
Algunos han descrito a los muones como la clave para comprender todas las partículas subatómicas, aunque Wise no llega tan lejos. "En la búsqueda de la física más allá de nuestro conocimiento actual, debe estudiar todas las partículas", dice. "Sin embargo, el muón tiene algunas ventajas. Por ejemplo, su momento magnético anómalo se predice con mucha precisión, lo que lo hace más sensible a la nueva física, más allá de nuestra teoría actual que alteraría esta predicción. Al mismo tiempo, se puede medir con mucha precisión".
Sin embargo, estudiar los muones no es un asunto sencillo. Fermilab está utilizando un dispositivo de 700 toneladas (635 toneladas métricas) que contiene tres anillos, cada uno de 50 pies (15 metros) de diámetro, que fue enviado en barcaza y camión a Illinois desde su hogar original en el Laboratorio Nacional Brookhaven en Nueva York hace unos años. espalda. El dispositivo es capaz de generar un campo magnético de 1,45 Tesla, aproximadamente 30.000 veces el campo magnético de la Tierra.
"Es fascinante que para estudiar algo tan pequeño y de corta duración, se necesiten estos enormes equipos", explica Wise. "Cuando se producen a alta energía, viajan casi a la velocidad de la luz y pueden viajar una distancia considerable antes de descomponerse. Por lo tanto, puede buscar la evidencia que dejan en un detector".
Por ejemplo, dado que los muones son partículas cargadas, pueden ionizar la materia por la que pasan. Los electrones que se producen por esta ionización se pueden detectar, según Wise.
Wise dice que el reciente descubrimiento del equipo de Fermilab de que la partícula es un poco más magnética de lo que los físicos esperaban es significativo. "No está de acuerdo con la predicción de las teorías actuales para el momento magnético del muón (la teoría actual se suele llamar modelo estándar). Por lo tanto, hay algo de física nueva más allá de eso en nuestra teoría actual que está presente y cambia la predicción de esta cantidad", dijo Wise. dice
Al igual que muchos descubrimientos importantes, el hallazgo del Fermilab plantea más preguntas nuevas y hay mucho que los científicos aún quieren saber sobre el muón.
"Qué es la nueva física es la pregunta que plantea", dice Wise. "También hay algunas otras anomalías que no se explican en el [Modelo Estándar] que involucran muones. ¿Están todas conectadas de alguna manera?"
Wise también hace una nota de precaución sobre los hallazgos del Fermilab. "Puede que haya algún efecto sistemático en el experimento que no se comprenda y esté afectando la interpretación de la medición", explica. "Lo mismo ocurre con la teoría. Así que esta anomalía podría desaparecer en última instancia. Es muy importante comprobar esas cosas tanto como sea posible".
Eso es interesante
Como señala el físico del Fermilab Chris Polly en este ensayo de 2020, cada partícula del universo, incluso en las extensiones del espacio más profundas y aparentemente vacías, está rodeada por un "séquito" de otras partículas, que continuamente "parpadean dentro y fuera de la existencia". "
