O experimento muon g-2 no Fermilab, en Chicago / Ryan Postel/Fermilab
Un equipo de investigadores do laboratorio Fermilab, en Chicago, que alberga un dos aceleradores de partículas maiores do mundo, cre estar máis preto que nunca do descubrimento dunha nova forza, a quinta, da natureza.
Nun artigo recentemente enviado a Physical Review Letters, os investigadores, todos eles parte da colaboración internacional Muon g-2 (Muon g menos 2) do Fermilab, afirman atopar novas probas de que os muóns, partículas similares aos electróns pero 200 veces máis pesadas, non se comportan do modo en que deberían facelo segundo as teorías actuais. E esa diferenza, din, podería deberse á acción dunha quinta forza da natureza, aínda descoñecida para nós.
Por suposto, necesitaranse máis datos para confirmar estes resultados, pero se son correctos será o principio dunha auténtica revolución da física, que por primeira vez poderá ir máis aló do Modelo Estándar, a gran teoría que inclúe a todas as partículas coñecidas e as forzas que as gobernan, pero que deixa fose cuestións tan importantes como a materia e a enerxía escuras.
Desde hai medio século, os físicos estudan o funcionamento do Universo co Modelo Estándar, que describe a realidade a través das interaccións das distintas partículas por medio de catro forzas fundamentais: electromagnetismo, gravidade, forza nuclear forte (responsable da cohesión dos núcleos atómicos), e forza nuclear débil (da que dependen todas as desintegracións radioactivas).
Con todo, ata o de agora a teoría só foi capaz de describir por completo tres das catro forzas: a electromagnética, o nuclear forte e a nuclear débil. Cada unha delas, en efecto, opera por medio da acción dunha «partícula mensaxeira», que é portadora da unidade mínima de cada forza. No caso da forza electromagnética, a partícula portadora é o fotón, no do nuclear forte é o gluón e no da nuclear débil son os bosóns W e Z, partículas todas que foron observadas nos aceleradores modernos.
Pero o Modelo Estándar aínda ten que incorporar á gravidade na súa descrición, cousa que leva tentando, sen éxito, desde hai décadas. Suponse que, igual que sucede coas outras forzas, tamén a gravidade debería ter a súa propia partícula portadora, o «gravitón». Pero ninguén conseguiu atopala por agora. E aínda por riba, a iso únese agora a posible existencia dunha ’quinta forza’, unha que nin sequera estaba prevista no Modelo Estándar. Parece claro, pois, que unha ’nova física’ espéranos ao virar a esquina.
Durante os últimos anos, algúns científicos atoparon indicios da existencia desa quinta forza, aínda que ningún dos experimentos que trataron de atopala e determinar as súas características tivo éxito. "Realmente -asegura Brendan Cassey, científico principal do Fermilab e coautor do estudo- estamos a explorar un novo territorio. Estamos a determinar o momento magnético do muón cunha precisión maior que nunca antes".
Os muóns son partículas fundamentais similares aos electróns pero unhas 200 veces máis masivas. Do mesmo xeito que os electróns, os muónss teñen un diminuto imán interno que, en presenza dun campo magnético, cambaléase de forma similar ao eixo dunha buxaina. A velocidade dese cambaleo nun campo magnético depende do momento magnético do muón, tipicamente representado pola letra g; no nivel máis simple, a teoría predí que g debería ser igual a 2. Pero en ocasións g ten un valor oposto, menos 2.
A diferenza entre g igual a 2 ou igual a menos 2 pódese atribuír ás interaccións do muón coas partículas da chamada ’escuma cuántica’ que o rodea. Estas partículas parpadean dentro e fóra da existencia e, como ’compañeiros de baile’ subatómicos, toman a ’man’ do muón e cambian a forma en que este interactúa co campo magnético.
O Modelo Estándar, pola súa banda, incorpora todas as partículas coñecidas e que poderían facer de ’parella de baile’ do muón, e predí con exactitude como cambia a escuma cuántica g. Pero podería haber máis do que parece. Os físicos, de feito, están realmente entusiasmados coa posible existencia de partículas aínda non descubertas que contribúen ao valor de g-2 e que abrirían a porta a unha física totalmente nova e ’máis aló’ do Modelo Estándar.
En concreto, os resultados mostraron que os muóns ’cambaleáronse’ máis rápido do previsto no Modelo Estándar. E iso, din os investigadores, podería deberse á acción dunha quinta forza descoñecida.
En palabras de Graziano Venanzoni, un dos investigadores principais do proxecto, "Cremos que podería haber outra forza, algo do que non somos conscientes agora, algo ao que chamamos ’quinta forza’, que aínda non coñecemos, pero que debería ser importante porque nos di algo novo sobre o Universo".
A medida de g-2 levada a cabo polos investigadores corresponde a unha precisión de 0,20 partes por millón, moito máis do que ninguén conseguira ata o momento. Para iso, o equipo acelerou muones a case a velocidade da luz ao longo dun anel de 15 metros de diámetro. "Esta medición -dixo Peter Winter, co-portavoz da colaboración Muon g-2- é un logro experimental incrible. Reducir a incerteza sistemática (a que é causada por imperfeccións dos propios experimentos) a este nivel é un gran problema e é algo que non esperabamos lograr tan pronto".
Con todo, e a pesar de que a evidencia é forte, non pode considerarse aínda como unha proba concluínte da existencia dunha quinta forza. Os resultados recentemente anunciados baséanse noutros feitos públicos polo mesmo equipo en 2021, e aínda que os reforzan e amplían, non poden considerarse aínda definitivos.
Os investigadores calculan que serán necesarios outros dous anos para ter todos os datos que necesitan para facer un anuncio formal. Demasiado tempo, xa que os físicos do Gran Colisionador de Hadrones, LHC, poderían adiantarse e dar a Europa o triunfo nesta auténtica carreira científica.
Segundo asegurou á BBC Mitesh Patel, do Imperial College de Londres e un dos físicos que tentan desde hai anos ir co LHC máis aló da teoría actual, "a medición de comportamentos que non concordan coas predicións do Modelo Estándar é o santo graal da física de partículas. Sería o pistoletazo de saída dunha revolución na nosa comprensión porque o modelo resistiu todas as probas experimentais durante máis de 50 anos".
Se os datos finalmente confírmanse, estariamos diante un dos maiores avances científicos desde as teorías da relatividade de Einstein. Unha quinta forza, de feito, e calquera nova partícula asociada a ela, non formaría parte do Modelo Estándar e abriría unha porta que podería levarnos a resolver os misterios que aínda non teñen resposta.
Por que o Universo séguese expandindo cada vez máis rápido no canto de desacelerar? É a enerxía escura a responsable desa aceleración? E se é así, como funciona? E que é esa substancia descoñecida que chamamos materia escura, cinco veces máis abundante que a materia ’normal’ e sen a cal as galaxias non existirían? Preguntas todas que atormentan aos físicos e que o Modelo Estándar non pode responder...
FONTE: J. Manuel Nieves/abc.es/ciencia
