La quinta fuerza ya no tiene dónde esconderse

Los nuevos resultados de la colaboración Muon g-2, del Fermilab, en Chicago, refuerzan la idea de que existeuna fuerza de la naturaleza que se suma a las cuatro ya conocidas. Según los investigadores, sudescubrimiento es solo ya cuestión de tiempo.

 

Un equipo de investigadores del laboratorio Fermilab, en Chicago, que alberga uno de los aceleradores departículas mayores del mundo, cree estar más cerca que nunca del descubrimiento de una nueva fuerza, laquinta, de la naturaleza.

En un artículo recién enviado a Physical Review Letters, los investigadores, todos ellos parte de la colaboración internacional Muon g-2 (Muon g menos 2) del Fermilab, afirman haber encontrado nuevaspruebas de que los muones, partículas similares a los electrones pero 200 veces más pesadas, no secomportan del modo en que deberían hacerlo según las teorías actuales. Y esa diferencia, dicen, podríadeberse a la acción de una quinta fuerza de la naturaleza, aún desconocida para nosotros.

 

El experimento muon g-2 en el Fermilab, en Chicago //RYAN POSTEL/FERMILAB

 

Por supuesto, se necesitarán más datos para confirmar estos resultados, pero si son correctos será elprincipio de una auténtica revolución de la física, que por primera vez podrá ir más allá del Modelo Estándar,la gran teoría que incluye a todas las partículas conocidas y las fuerzas que las gobiernan, pero que deja fueracuestiones tan importantes como la materia y la energía oscuras.
Desde hace medio siglo, los físicos estudian el funcionamiento del Universo con el Modelo Estándar, quedescribe la realidad a través de las interacciones de las distintas partículas por medio de cuatro fuerzasfundamentales: electromagnetismo, gravedad, fuerza nuclear fuerte (responsable de la cohesión de losnúcleos atómicos), y fuerza nuclear débil (de la que dependen todas las desintegraciones radiactivas).

 

Los límites del Modelo Estándar

 

Sin embargo, hasta ahora la teoría sólo ha sido capaz de describir por completo tres de las cuatro fuerzas: laelectromagnética, la nuclear fuerte y la nuclear débil. Cada una de ellas, en efecto, opera por medio de laacción de una «partícula mensajera», que es portadora de la unidad mínima de cada fuerza. En el caso de lafuerza electromagnética, la partícula portadora es el fotón, en el de la nuclear fuerte es el gluón y en el de lanuclear débil son los bosones W y Z, partículas todas que han sido observadas en los aceleradores modernos.
Pero el Modelo Estándar aún tiene que incorporar a la gravedad en su descripción, cosa que se llevaintentando, sin éxito, desde hace décadas. Se supone que, igual que sucede con las otras fuerzas, también lagravedad debería tener su propia partícula portadora, el «gravitón». Pero nadie ha conseguido encontrarlapor ahora. Y por si fuera poco, a eso se une ahora la posible existencia de una 'quinta fuerza', una que nisiquiera estaba prevista en el Modelo Estándar. Parece claro, pues, que una 'nueva física' nos espera a lavuelta de la esquina.
Durante los últimos años, algunos científicos han encontrado indicios de la existencia de esa quinta fuerza,aunque ninguno de los experimentos que han tratado de encontrarla y determinar sus características hatenido éxito. «Realmente -asegura Brendan Cassey, científico principal del Fermilab y coautor del estudio-estamos explorando un nuevo territorio. Estamos determinando el momento magnético del muón con una precisión mayor que nunca antes».

 

El experimento muon g-2 en el Fermilab, en Chicago //RYAN POSTEL/FERMILAB

 

 

El secreto del muón

 

Los muones son partículas fundamentales similares a los electrones pero unas 200 veces más masivas. Aligual que los electrones, los muones tienen un diminuto imán interno que, en presencia de un campomagnético, se tambalea de forma similar al eje de una peonza. La velocidad de ese tambaleo en un campomagnético depende del momento magnético del muón, típicamente representado por la letra g; en el nivelmás simple, la teoría predice que g debería ser igual a 2. Pero en ocasiones g tiene un valor opuesto, menos 2.
La diferencia entre g igual a 2 o igual a menos 2 se puede atribuir a las interacciones del muón con laspartículas de la llamada 'espuma cuántica' que lo rodea. Estas partículas parpadean dentro y fuera de laexistencia y, como 'compañeros de baile' subatómicos, toman la 'mano' del muón y cambian la forma en queéste interactúa con el campo magnético.
El Modelo Estándar, por su parte, incorpora todas las partículas conocidas y que podrían hacer de 'pareja debaile' del muón, y predice con exactitud cómo cambia la espuma cuántica g. Pero podría haber más de lo queparece. Los físicos, de hecho, están realmente entusiasmados con la posible existencia de partículas aún nodescubiertas que contribuyen al valor de g-2 y que abrirían la puerta a una física totalmente nueva y 'másallá' del Modelo Estándar.
En concreto, los resultados mostraron que los muones 'se tambalearon' más rápido de lo previsto en el Modelo Estándar. Y eso, dicen los investigadores, podría deberse a la acción de una quinta fuerza desconocida.

La quinta fuerza

 

En palabras de Graziano Venanzoni, uno de los investigadores principales del proyecto, «Creemos que podríahaber otra fuerza, algo de lo que no somos conscientes ahora, algo a lo que llamamos 'quinta fuerza', que aúnno conocemos, pero que debería ser importante porque nos dice algo nuevo sobre el Universo».
La medida de g-2 llevada a cabo por los investigadores corresponde a una precisión de 0,20 partes por millón,mucho más de lo que nadie había conseguido hasta el momento. Para ello, el equipo aceleró muones a casi lavelocidad de la luz a lo largo de un anillo de 15 metros de diámetro. «Esta medición -dijo Peter Winter, co-portavoz de la colaboración Muon g-2- es un logro experimental increíble. Reducir la incertidumbresistemática (la que es causada por imperfecciones de los propios experimentos) a este nivel es un granproblema y es algo que no esperábamos lograr tan pronto».
Con todo, y a pesar de que la evidencia es fuerte, no puede considerarse aún como una prueba concluyente dela existencia de una quinta fuerza. Los resultados recién anunciados se basan en otros hechos públicos por elmismo equipo en 2021, y aunque los refuerzan y amplían, no pueden considerarse aún definitivos.
Los investigadores calculan que serán necesarios otros dos años para tener todos los datos que necesitanpara hacer un anuncio formal. Demasiado tiempo, ya que los físicos del Gran Colisionador de Hadrones, LHC,podrían adelantarse y dar a Europa el triunfo en esta auténtica carrera científica.
Según ha asegurado a la BBC Mitesh Patel, del Imperial College de Londres y uno de los físicos que intentandesde hace años ir con el LHC más allá de la teoría actual, «la medición de comportamientos que noconcuerdan con las predicciones del Modelo Estándar es el santo grial de la física de partículas. Sería elpistoletazo de salida de una revolución en nuestra comprensión porque el modelo ha resistido todas laspruebas experimentales durante más de 50 años».
Si los datos finalmente se confirman, estaríamos ante uno de los mayores avances científicos desde lasteorías de la relatividad de Einstein. Una quinta fuerza, de hecho, y cualquier nueva partícula asociada a ella,no formaría parte del Modelo Estándar y abriría una puerta que podría llevarnos a resolver los misterios queaún no tienen respuesta.

 

Publicación 14/08/2023

 

 

 

 

Fuente:
JOSÉ MANUEL NIEVES / ABC / MADRID

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