El muón no logra cambiar la física tal como la conocemos
Otro clavo puede sellar el ataúd del muón como lugar para la nueva física. Un equipo de físicos que realizó cálculos muy precisos de las propiedades del muón en simulaciones descubrió que las propiedades de la partícula se ajustaban más al Modelo Estándar de lo que se creía anteriormente.
El equipo se llama BMW Collaboration y su La investigación se encuentra actualmente alojada en el servidor de preimpresión arXiv, lo que significa que aún no se ha publicado en una revista revisada por pares. Los hallazgos anteriores del equipo, publicados en Naturaleza en 2021, “debilitar[ed] la discrepancia de larga data entre el experimento y la teoría”. En otras palabras, su trabajo ha acercado la física experimental a las predicciones teóricas en lo que respecta a nuestra comprensión del muón.
En su nuevo artículo, el equipo realizó simulaciones cromodinámicas cuánticas de red (QCD) a gran escala en redes más finas que en su trabajo anterior, lo que produjo un cálculo más preciso. En esencia, el equipo tomó la QCD como entrada, colocó una cuadrícula en el espacio-tiempo y la simuló. Sus resultados predijeron un momento magnético anómalo del muón que estaba solo 0,9 desviaciones estándar por debajo del promedio experimental para las mediciones de la propiedad.
El muón y el modelo estándar
El muón es una partícula elemental con una masa de unas 207 veces la del electrón. Durante unos 20 años, los científicos han considerado al muón como un posible campo para el descubrimiento de nueva física. La cuestión radica en las mediciones del momento magnético anómalo de la partícula, o g-2, una propiedad que describe la contribución de la mecánica cuántica al bamboleo de las partículas en presencia de un campo magnético. El G-2 del muón no concordaba con las predicciones del Modelo Estándar de la física de partículas, el conjunto de teorías fundamentales que sustentan la física durante los últimos 50 años.
A diferencia de los grandes experimentos que miden g-2 a través de colisiones de partículas, la investigación del equipo “no necesita ningún aporte experimental. Solo necesita la activación de la teoría subyacente, que es la QCD”, dijo el coautor del estudio Zoltan Fodor, físico teórico de partículas de la Universidad de California en San Diego, en una llamada con Gizmodo. “Al final, se obtiene lo que se ve en nuestras cifras actuales: que el resultado coincide completamente con el resultado experimental”.
En otras palabras, los hallazgos del equipo sugieren que la aparente brecha entre el momento magnético anómalo predicho del muón y el predicho por el Modelo Estándar no es tan grande como sugerían hallazgos anteriores.
Los principales resultados experimentales sugirieron una nueva física
El momento magnético anómalo del muón se midió por primera vez en el CERN en la década de 1960, pero la medición era imprecisa. En 2006, el experimento E821 del Laboratorio Nacional de Brookhaven publicó sus mediciones finales de g-2 del muón, que diferían de las predicciones del Modelo Estándar en más de dos desviaciones estándar, y aumentaron hasta una diferencia de más de tres desviaciones estándar después de cálculos posteriores.
“Explicar la función g-2 del muón con nueva física no es tan fácil”, dijo Andreas Crivellin, físico teórico de la Universidad de Zúrich y del Instituto Paul Scherrer, en una llamada con Gizmodo. “No es algo que salga de manera natural; más bien hay que trabajar para encontrar un modelo que proporcione un efecto considerable”.
El hito estadístico en el que los físicos consideran que se ha realizado un verdadero descubrimiento (lo que indica que la probabilidad de que el resultado se produzca por casualidad según el Modelo Estándar es extremadamente pequeña) es cinco desviaciones estándar, o “cinco sigma”.
En 2021, la Muon g-2 Collaboration anunció una medición del momento magnético del muón que discrepaba con el Modelo Estándar en 4,2 desviaciones típicas. La brecha entre las cifras se amplió desde el resultado de Brookhaven. Pero el año pasado, los resultados experimentales del CMD-3, un acelerador en Rusia, parecieron reducir la discrepancia entre las cifras. Dos pasos adelante, un paso atrás, según se mire.
“Este cálculo del primer principio a partir de la red y la medición del CMD-3 coinciden, pero ninguno de los dos apunta a una nueva física”, dijo Crivellin. “No tengo muchas esperanzas de que realmente haya un efecto físico nuevo considerable en g-2 del muón”.
¿Dónde nos deja esto?
Existen otras formas de explorar las propiedades del muón. En 2022, Gizmodo preguntó a varios físicos cuál podría ser el próximo gran avance en la física de partículas, dada la relativa calma desde la observación del bosón de Higgs en 2012. Un físico sugirió un colisionador de muones: “si tenemos un problema con los muones, usemos muones para averiguarlo”, dijeron.
La semana pasada, otro equipo de investigadores publicó su análisis de un experimento con haz de muones que podría allanar el camino para los colisionadores de muones en el futuro. Pero construir un nuevo colisionador puede ser costoso y requerir mucho tiempo.
Con los experimentos existentes, siempre es útil contar con más datos, y volver a probar los resultados anteriores de forma más precisa podría indicar si el Modelo Estándar sigue siendo válido. Se espera que el experimento Muon g-2 de Fermilab publique su resultado final el año próximo. Si los resultados anteriores sirven de indicio, la cifra del año próximo será otro punto de datos en la saga del muón, no su capítulo final.