07 Mar ¿Está el modelo estándar de la física roto?

La discrepancia entre la predicción teórica y el valor determinado experimentalmente del momento magnético del muón se ha vuelto ligeramente más fuerte con un nuevo resultado de Fermilab. Pero, ¿qué significa?

La llamada anomalía de muones, vista por primera vez en un experimento en el Laboratorio Nacional de Brookhaven en 2001, no se ha disipado: Durante 20 años, esta ligera discrepancia entre el valor calculado del momento magnético del muón y el determinado experimentalmente se ha mantenido con una significación estadística de aproximadamente 3,7 sigma, es decir, un nivel de confianza del 99,98 por ciento, o una posibilidad entre 4500 de que la discrepancia sea una fluctuación estadística.

Con los resultados recién anunciados del experimento Muon g-2 en el Laboratorio Nacional Fermi en Batavia, Illinois, la importancia ha aumentado a 4,2 sigma, es decir, un nivel de confianza de alrededor del 99,997 por ciento, o una posibilidad entre 40.000 de que la desviación observada sea una coincidencia. Por sí misma, la nueva medición de Fermilab tiene solo un significado de 3,3 sigma, pero debido a que reproduce el hallazgo anterior de Brookhaven, el significado combinado ha aumentado a 4,2 sigma. Aun así, este último no alcanza el umbral de descubrimiento de cinco sigma de los físicos de partículas.

El resultado ha sido esperado durante mucho tiempo debido a su potencial para romper finalmente el Modelo Estándar de la física de partículas, una colección de los componentes fundamentales de la materia conocidos hasta ahora que ha existido durante unos 50 años.

Este modelo actualmente contiene un par de docenas de partículas, pero la mayoría de ellas son inestables y, por lo tanto, no se pueden encontrar simplemente mirando la materia que normalmente nos rodea. Sin embargo, las partículas inestables se producen naturalmente en eventos de alta energía, como cuando los rayos cósmicos golpean la atmósfera superior. También se producen en colisiones de partículas creadas en laboratorio, como las que se utilizan en los experimentos del Fermilab para medir el momento magnético del muón.

El muón fue una de las primeras partículas inestables conocidas, y su descubrimiento data de 1936. Es una versión más pesada del electrón, tiene una vida útil de unos dos microsegundos y, como esta última partícula, está cargado eléctricamente. Para los físicos de partículas dos microsegundos es mucho tiempo, por lo que la partícula se presta a mediciones de precisión.

El momento magnético del muón determina la rapidez con la que el eje de giro de la partícula orbita alrededor de las líneas del campo magnético. Para medirlo en el Fermilab, los físicos producen muones y los mantienen en un círculo de unos 15 metros de diámetro con potentes imanes. Los muones finalmente se desintegran y, a partir de la distribución de los productos de desintegración, se puede inferir su momento magnético. El resultado generalmente se cita como «g-2», donde «g» es el momento magnético. El «2» se incluye porque el valor es cercano a dos, y en las desviaciones de dos están las contribuciones cuánticas que interesan a los físicos.

Estas contribuciones provienen de las fluctuaciones del vacío que contienen todas las partículas, aunque en forma virtual: solo aparecen brevemente, antes de desaparecer de nuevo. Esto significa que si hay más partículas que las del modelo estándar, deberían contribuir al muón g-2, de ahí su relevancia.

Por lo tanto, una desviación de la predicción del modelo estándar podría significar que hay más partículas de las que se conocen actualmente, o que hay alguna otra física nueva, como dimensiones adicionales del espacio.

Más información aquí: Is the Standard Model of Physics Now Broken? – Scientific American