Una pequeña partícula que se tambalea puede estar a punto de revelar una quinta fuerza de la naturaleza, dicen los científicos detrás de uno de los mayores experimentos de física de partículas.

Los físicos del Fermi National Accelerator Laboratory, o Fermilab, cerca de Chicago, han encontrado más pruebas de que el muon, una partícula subatómica, se tambalea mucho más de lo que debería, y creen que se debe a que una fuerza desconocida lo empuja.

Los resultados se basan en un experimento anterior realizado en 2021 , pero produjo cuatro veces los datos con la incertidumbre experimental reducida por un factor de dos. Si los hallazgos son ciertos y se pueden superar las controversias teóricas en torno a estas mediciones, representan un avance en la física de un tipo que no se había visto en 50 años, cuando se solidificó la teoría dominante para explicar las partículas subatómicas. 

En otras palabras, el bamboleo diminuto del muón, conocido como su momento magnético, tiene el potencial de sacudir los cimientos mismos de la ciencia. 

«Realmente estamos explorando un nuevo territorio», dijo en un comunicado Brendan Casey, científico senior de Fermilab que trabaja en el experimento, conocido como Muon g-2 . «Estamos determinando el momento magnético del muón con una precisión mejor que nunca antes». 

Ocasionalmente denominados «electrones gordos», los muones son similares a los electrones, pero son 200 veces más pesados ​​y radiactivamente inestables: se descomponen en solo millonésimas de segundo en electrones y partículas diminutas, fantasmales y sin carga conocidas como neutrinos . Los muones también tienen una propiedad llamada espín, que los hace comportarse como si fueran diminutos imanes, haciendo que se tambaleen como mini giróscopos cuando están dentro de un campo magnético .

Para investigar el bamboleo del muón, los físicos del Fermilab enviaron las partículas volando alrededor de un anillo magnético superconductor de menos 450 grados Fahrenheit (menos 268 grados Celsius) a casi la velocidad de la luz, una velocidad que, debido a la dilatación relativista del tiempo, extiende el corto recorrido de los muones. vidas por un factor de aproximadamente 3.000. 

Al observar cómo se tambaleaban los muones mientras daban miles de vueltas alrededor del anillo de 15 metros de diámetro, los físicos compilaron datos que sugerían que el muón se tambaleaba mucho más de lo que debería.

La explicación, dicen los científicos del estudio, es la existencia de algo que aún no se explica en el Modelo Estándar : el conjunto de ecuaciones que explican todas las partículas subatómicas, que se ha mantenido sin cambios desde mediados de la década de 1970. 

Este algo misterioso podría ser una fuerza de la naturaleza completamente desconocida (las cuatro conocidas son las fuerzas gravitacional , electromagnética y nuclear fuerte y débil). Alternativamente, podría ser una partícula exótica desconocida, o evidencia de una nueva dimensión o un aspecto no descubierto del espacio-tiempo. 

Pero de cualquier manera que lo corten, los datos de los físicos sugieren que algo desconocido está empujando y tirando de los muones dentro del anillo.

Sin embargo, la confirmación completa tardará un poco más. Para estar lo más seguros posible, los físicos utilizarán todos los datos recopilados durante la ejecución del experimento g-2 de 2018 a 2023: el resultado actual solo toma datos de 2019 y 2020. En segundo lugar, deberán esperar las predicciones teóricas del Estándar. Modelo para ponerse al día.

Actualmente existen dos métodos teóricos para calcular cuál debería ser la oscilación del muón según el modelo estándar. Estos dos métodos producen predicciones contradictorias. Algunos de estos cálculos, incluido uno publicado la misma semana que los hallazgos del experimento g-2 de 2021, otorgan un valor mucho mayor a la incertidumbre teórica del momento magnético del muón, lo que amenaza con robarle al experimento su importancia para romper la física.

Otro experimento , utilizando datos del acelerador CMD-3 en Novosibirsk, Rusia, también parece encontrar los muones moviéndose dentro de los límites normales, pero el experimento contradice directamente una ejecución anterior del acelerador que insinuaba un resultado opuesto.

Los investigadores de Fermilab esperan que los resultados completos, que esperan estar listos en 2025, puedan ser lo suficientemente precisos como para dar una lectura clara.

Los científicos han enviado su trabajo para su publicación en la revista Physical Review Letters; una preimpresión de los resultados se puede encontrar aquí .