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El experimento que muestra evidencias “sólidas” de una nueva fuerza en la naturaleza
Un investigación con partículas subatómicas en un acelerador puede cambiar las leyes de la física que hoy conocemos
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Las fuerzas de la física están en juego en cada momento de nuestras vidas, incluso en cosas tan sencillas como pegar un imán en la nevera o lanzar una pelota de baloncesto. Todas las fuerzas que experimentamos a diario se pueden reducir a solo cuatro categorías: gravedad, electromagnetismo, fuerza fuerte y fuerza débil.
Estas cuatro fuerzas fundamentales determinan la manera en que todos los objetos y partículas del universo interactúan entre sí. En un nuevo experimento, sin embargo, un grupo de físicos afirma haber encontrado posibles señales de una quinta fuerza fundamental de la naturaleza.
El hallazgo se logró en el Fermilab, un laboratorio de aceleración de partículas del Departamento de Energía de Estados Unidos, ubicado en la ciudad de Batavia, Illinois. El experimento se llamó Muon g-2, porque analizó el comportamiento de los muones, que son partículas subatómicas que solo existen durante unas breves fracciones de segundo.
Los resultados del experimento “proporciona una fuerte evidencia de la existencia de una partícula subatómica, o una nueva fuerza que aún no ha sido descubierta”, según comunicó el Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología del Reino Unido (STFC).
El hallazgo se suma una serie de resultados prometedores de experimentos de física de partículas en EE.UU., Japón y, más recientemente, en el Gran Colisionador de Hadrones en la frontera suizo-francesa. Los resultados del experimento Muon g-2, sin embargo, no son 100% concluyentes. Existe una probabilidad de 1 entre 40.000 de que el resultado haya sido solo una casualidad estadística.
En términos técnicos, esa probabilidad equivale a un nivel de precisión de 4,1 sigma. Para que los resultados de un experimento de este tipo puedan considerarse realmente un descubrimiento, se requiere una calificación de 5 sigma, es decir, una probabilidad de 1 entre 3,5 millones de que el resultado haya sido una coincidencia.
El hallazgo del Fermilab desafía el Modelo Estándar, la teoría ampliamente aceptada que explica cómo se comportan las partículas fundamentales que componen el universo. ”Descubrimos que la interacción de los muones no es acorde con el Modelo Estándar”, dijo Mark Lancaster, profesor de Física de Partículas en la Universidad de Manchester y uno de los líderes de la investigación.
“Esto es muy emocionante porque posiblemente apunta a un futuro con nuevas leyes de la física, nuevas partículas y una nueva fuerza que no vimos hasta la fecha”.
Por su parte Ben Allanach, profesor de Física Teórica en la Universidad de Cambridge, quien no estuvo involucrado en la investigación, también se mostró entusiasmado con el anuncio de Fermilab. ”Durante toda mi carrera estuve buscando fuerzas y partículas más allá de lo que ya conocemos. Este es el momento que estuve esperando, no duermo mucho porque estoy demasiado emocionado”, dijo Allanach.
"Mi sentido arácnido me dice que esto va a ser real".
Los muones
El Fermilab se dedica a buscar señales de nuevos fenómenos físicos mediante el estudio de los muones, partículas subatómicas similares a los electrones, pero 200 veces más pesados. Y no pueden descomponerse en partículas más pequeñas, por eso se les llaman partículas fundamentales.
El experimento Muon g-2 consistió en lanzar muones dentro de un acelerador en forma de anillo al que se le aplica un campo magnético. Según las leyes de la física del Modelo Estándar, lo que debería haber ocurrido es que los muones se tambalearan a una cierta velocidad.
Lo que los investigadores observaron, en cambio, fue que los muones se tambalearon a un ritmo más rápido de los esperado. Su conclusión es que esto podría deberse a una fuerza de la naturaleza completamente nueva para la ciencia.
En sus modelos teóricos, el profesor Allanach sugirió varios nombres para esa posible quinta fuerza. Algunos de ellos son “la fuerza del sabor”, la “hiperfuerza de la tercera familia”, o la más prosaica de todas: la “B menos L2”.
Aún nadie sabe cómo qué hace esta posible fuerza, más allá de influir en los muones. Los físicos teóricos creen que el fenómeno también podría estar asociado con una partícula subatómica aún no descubierta.
En marzo, un experimento en el Gran Colisionador de Hadrones mostró resultados que podrían apuntar a la existencia de una nueva partícula y una nueva fuerza. ”Hay una carrera en marcha para que alguno de estos experimentos logre la prueba de que esto es algo realmente nuevo”, dice Mitesh Patel, experto en física de partículas en el Imperial College London.
“Eso requerirá más datos y más mediciones y, con suerte, mostrará evidencia de que estos efectos son reales”.
¿Una quinta fuerza?
Las dos fuerzas más conocidas son la gravedad y el electromagnetismo.
La gravedad, es lo que hace que los objetos caigan al suelo, y que parezca que los objetos más pesados estuvieran pegados al piso. El electromagnetismo, como su nombre lo indica, es responsable de la electricidad y el magnetismo.
Las menos conocidas son la fuerza fuerte y la fuerte débil, ambas determinan el comportamiento de las partículas subatómicas.
La fuerza fuerte es la más poderosa de todas, trillones y trillones de veces más fuerte que la gravedad, y es la que mantiene unidas las partículas fundamentales de la materia para que puedan formar otras partículas. La fuerza débil, por su parte, está relacionada con el decaimiento de una partícula subatómica que se convierte en otro tipo de partícula.
Una quinta fuerza fundamental podría ayudar a explicar algunos de los grandes enigmas del universo que intrigaron a los científicos en las últimas décadas. Por ejemplo, la observación de que la expansión del universo se estaba acelerando se atribuyó a un fenómeno misterioso conocido como energía oscura. Pero algunos investigadores han sugerido que podría ser evidencia de una quinta fuerza.
“Es bastante alucinante. Tiene el potencial de cambiar la física”, dijo la doctora Maggie Aderin-Pocock, copresentadora del programa Sky at Night de la BBC.
“Tenemos una serie de misterios que siguen sin resolverse. Y esto podría darnos las respuestas clave para resolverlos”.
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