Los resultados de ‘cuidado’ de 2 experimentos desafían las reglas de la física

Los resultados preliminares de dos experimentos sugieren que algo anda mal con la forma en que los físicos piensan que funciona el universo, una perspectiva que ha desconcertado y deleitado al campo de la física de partículas.

Diminutas partículas llamadas muones no hacen exactamente lo que se espera que hagan en dos experimentos diferentes de larga duración en los EE. UU. y Europa. Los resultados desconcertantes, si se demuestra que son correctos, revelan problemas importantes con el libro de reglas utilizado por los físicos para describir y comprender el funcionamiento del universo a nivel subatómico.

«Creemos que estamos nadando en un mar de partículas de fondo todo el tiempo que simplemente no se han descubierto directamente», dijo en una conferencia de prensa Chris Polly, codirector científico del experimento Fermilab. «Podría haber monstruos que aún no hemos imaginado emergiendo del vacío e interactuando con nuestros muones, dándonos una ventana para verlos».

El libro de reglas, llamado modelo estandar, fue desarrollado hace unos 50 años. Los experimentos durante décadas han afirmado repetidamente que sus descripciones de las partículas y fuerzas que componen y gobiernan el universo son casi precisas. Hasta ahora.

«Nuevas partículas, nueva física podría estar más allá de nuestra búsqueda», dijo Alexey Petrov, físico de partículas de la Universidad Estatal de Wayne. «Es tentador».

El Fermilab del Departamento de Energía de EE. UU. anunció el miércoles los resultados de 8.200 millones de recorridos a lo largo de una pista en las afueras de Chicago que, aunque la mayoría de las personas tienen físicos inquietos: los campos magnéticos de muones no parecen ser lo que el modelo estándar dice que deberían ser. Esto sigue nuevos resultados lanzado el mes pasado por el Gran Colisionador de Hadrones del Centro Europeo para la Investigación Nuclear, que encontró una proporción sorprendente de partículas de colisiones de alta velocidad.

De confirmarse, los hallazgos estadounidenses serían el mayor descubrimiento en el extraño mundo de las partículas subatómicas en casi 10 años desde el descubrimiento del bosón de Higgs, a menudo llamado la ‘partícula de Dios’, dijo Aida El-Khadra, de la Universidad de Illinois. que está trabajando en física teórica para el experimento Fermilab.

Le but des expériences, explique David Kaplan, physicien théoricien de l’Université Johns Hopkins, est de séparer les particules et de découvrir s’il se passe «quelque chose de drôle» à la fois avec les particules et l’espace apparemment vide entre ellas.

“Los secretos no residen sólo en la materia. Viven en algo que parece llenar todo el espacio y el tiempo. Estos son campos cuánticos”, dijo Kaplan. “Ponemos energía en el vacío y vemos qué sale de él”.

Ambos conjuntos de resultados involucran la extraña partícula fugaz llamada muón. El muón es el primo más pesado del electrón que orbita alrededor del centro de un átomo. Pero el muón no forma parte del átomo, es inestable y normalmente solo existe durante dos microsegundos. Después de su descubrimiento en los rayos cósmicos en 1936, desconcertó tanto a los científicos que un famoso físico preguntó «¿Quién ordenó esto?»

«Desde el principio, los físicos se devanaron los sesos», dijo Graziano Venanzoni, físico experimental de un laboratorio nacional italiano y uno de los principales científicos en el experimento estadounidense Fermilab, llamado Muon g-2.

El experimento envía muones alrededor de una pista magnetizada que mantiene vivas las partículas el tiempo suficiente para que los investigadores las observen de cerca. Los resultados preliminares sugieren que el «giro» magnético de los muones es un 0,1 % más bajo que el previsto por el modelo estándar. Puede que no parezca mucho, pero para los físicos de partículas es enorme, más que suficiente para sacudir el conocimiento actual.

Los investigadores necesitan uno o dos años para terminar de analizar los resultados de todas las vueltas alrededor de la pista de 14 metros (50 pies). Si los resultados no cambian, contará como un gran descubrimiento, dijo Venanzoni.

Por separado, en la trituradora de átomos más grande del mundo en el CERN, los físicos chocaron protones entre sí para ver qué sucedería a continuación. Uno de los muchos experimentos separados en los colisionadores de partículas mide lo que sucede cuando colisionan partículas llamadas quarks de belleza o de fondo.

El modelo estándar predice que estas colisiones de quarks de belleza deberían producir un número igual de electrones y muones. Es un poco como lanzar una moneda 1000 veces y obtener aproximadamente la misma cantidad de caras y cruces, dijo Experiencia de belleza del Gran Colisionador de Hadrones chef Chris Parkes.

En esta foto de 2018 proporcionada por el CERN, Nikolai Bondar trabaja en el sistema LHCb Muon en la instalación del Gran Colisionador de Hadrones de la Organización Europea para la Investigación Nuclear en las afueras de Ginebra.
En esta foto de 2018 proporcionada por el CERN, Nikolai Bondar trabaja en el sistema LHCb Muon en la instalación del Gran Colisionador de Hadrones de la Organización Europea para la Investigación Nuclear en las afueras de Ginebra.
Pensilvania

Pero eso no es lo que pasó.

Los investigadores analizaron datos de varios años y unos pocos miles de accidentes. y encontrado una diferencia del 15%, con muchos más electrones que muones, dijo el investigador experimental Sheldon Stone de la Universidad de Syracuse.

Ninguno de los experimentos está todavía calificado como un descubrimiento oficial, ya que todavía existe una pequeña posibilidad de que los resultados sean rarezas estadísticas. Ejecutar los experimentos varias veces, ambos planificados, podría, dentro de uno o dos años, cumplir con los requisitos estadísticos increíblemente estrictos para que la física lo aclame como un gran avance, dijeron los investigadores.

Si los resultados se mantienen, cambiarían «cualquier otro cálculo realizado» en el mundo de la física de partículas, dijo Kaplan.

“No es un factor de engaño. Es algo que está mal», dijo Kaplan. Este algo podría ser explicado por una nueva partícula o fuerza.

O estos resultados pueden ser errores. En 2011, un extraño descubrimiento de que una partícula llamada neutrino parecía moverse más rápido que la luz amenazó al modelo, pero resultó ser el resultado de un problema de conexión eléctrica suelta en el experimento.

«Revisamos todas nuestras conexiones por cable e hicimos lo que pudimos para verificar nuestros datos», dijo Stone. «Tenemos un poco de confianza, pero nunca se sabe».

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