Redacción

Dos equipos independientes de físicos trabajando en experimentos separados han obtenido indicios de la existencia de fenómenos que las leyes conocidas de la física no pueden explicar.

Uno de estos equipos es el de la Colaboración LHCb del Laboratorio Europeo de Física de Partículas Elementales (CERN), situado bajo tierra en la frontera franco-suiza, cerca de Ginebra, y su hallazgo consiste en que ciertas partículas no se comportan como deberían según la teoría más aceptada de la física de partículas: el Modelo Estándar.

El Modelo Estándar de la física de partículas predice que al desintegrarse las partículas llamadas quarks Beauty, objeto de mediciones en el experimento LHCb, deberían dar lugar a muones o electrones en igual medida. Sin embargo, el nuevo resultado sugiere que esto no está ocurriendo, lo que podría apuntar a la existencia de nuevas partículas o nuevas interacciones no explicadas por el Modelo Estándar.

Unos físicos del Imperial College de Londres y de las Universidades de Bristol y Cambridge, las tres entidades en el Reino Unido, dirigieron el análisis de los datos que ha desembocado en este hallazgo.

El Modelo Estándar es la mejor teoría actual de la física de partículas, que describe todas las partículas fundamentales conocidas que componen nuestro universo y las fuerzas con las que interactúan.

Sin embargo, el Modelo Estándar no puede explicar algunos de los misterios más profundos de la física moderna, como de qué está hecha la materia oscura y por qué hay un desequilibrio entre materia y antimateria en el universo.

Por todo ello, muchos físicos han estado buscando partículas que se comporten de forma diferente a la esperada en el Modelo Estándar, con la esperanza de que la anomalía ayude a explicar algunos de estos misterios.

Mitesh Patel, del Imperial College de Londres y uno de los principales físicos responsables de las mediciones, matiza: “Es demasiado pronto para decir si esto es realmente una desviación del Modelo Estándar, pero las repercusiones potenciales son de tal magnitud que este descubrimiento es lo más emocionante en lo que he trabajado a lo largo de 20 años en este campo de la física”.

Los intrigantes resultados se obtuvieron con el experimento LHCb, uno de los cuatro enormes detectores de partículas del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN.

Parte de las instalaciones del experimento LHCb. (Foto: CERN)

El LHC es el mayor y más potente acelerador de partículas del mundo: acelera las partículas subatómicas hasta casi la velocidad de la luz, antes de hacerlas chocar entre ellas. Estas colisiones conducen a la creación súbita de nuevas partículas que los físicos registran y estudian para comprender mejor los componentes básicos del universo.

Las nuevas mediciones cuestionan las leyes de la naturaleza que tratan a los electrones y a sus primos más pesados, los muones, de forma idéntica salvo por pequeñas diferencias debidas a sus distintas masas.

Según el Modelo Estándar, los muones y los electrones interactúan con todas las fuerzas de la misma manera, por lo que la desintegración de los quarks Beauty creados en el LHCb debería acabar generando muones con la misma frecuencia que electrones.

En cambio, estas nuevas mediciones sugieren que ambos procesos podrían estar ocurriendo a ritmos diferentes, lo que podría sugerir la existencia de partículas por ahora desconocidas que inclinan la balanza hacia un lado.

Por otra parte, los primeros resultados del experimento Muon g-2, en el Laboratorio del Acelerador Nacional estadounidense Fermi (Fermilab), muestran también una conducta de los muones que no está predicha por el Modelo Estándar. Este resultado histórico, realizado con un alto nivel de precisión sin precedentes, confirma una discrepancia que ha estado desconcertando a los investigadores durante décadas.

Este indicio de que los muones se desvían del cálculo que viene determinado por el Modelo Estándar podría significar que existe una nueva y emocionante física. Los muones actúan como una ventana al mundo subatómico y podrían estar interactuando con partículas o fuerzas aún no descubiertas.

Un muón es unas 200 veces más masivo que su primo, el electrón. Los muones se producen de forma natural cuando los rayos cósmicos cruzan la atmósfera de la Tierra. También es factible generarlos en grandes cantidades mediante aceleradores de partículas. Al igual que los electrones, los muones actúan como si tuvieran un pequeño imán interno. En un campo magnético intenso, la dirección del imán de los muones se tambalea, de forma parecida al eje de una peonza o un giroscopio. La fuerza del imán interno determina la velocidad de tambaleo del muón en un campo magnético externo y se describe mediante un número que los físicos llaman factor g. Este número puede calcularse con una precisión altísima.

Mientras los muones circulan por el electroimán del Muon g-2, también interactúan con una “espuma cuántica” de partículas subatómicas que aparecen y desaparecen del universo. Las interacciones con estas partículas de corta vida afectan al valor del factor g, haciendo que el tambaleo de los muones se acelere o se ralentice muy ligeramente. El Modelo Estándar predice este llamado momento magnético anómalo con extrema precisión. Pero si la espuma cuántica contiene fuerzas o partículas adicionales que no están contempladas en el Modelo Estándar, eso modificaría aún más el factor g de los muones.

“Esta cantidad que medimos refleja las interacciones del muón con todo lo demás en el universo. Pero cuando los teóricos calculan la misma cantidad, utilizando todas las fuerzas y partículas conocidas en el Modelo Estándar, no se logra obtener nuestro mismo resultado”, explica Renee Fatemi, física de la Universidad de Kentucky y miembro del equipo del experimento Muon g-2. “Esto es una fuerte evidencia de que el muón es sensible a algo que no está en nuestra mejor teoría”, asevera Fatemi.