Muones: el modelo estándar de la física, ¿en cuestión?

Roa Zubia, Guillermo

Elhuyar Zientzia

Los nuevos resultados del experimento Muoi g-2 de Fermilab han generado un debate entre físicos al cuestionar el modelo estándar de la física. Es decir, la teoría relativística cuántica para clasificar y comprender cómo funcionan las partículas subatómicas.
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Vista del experimento Muoi g-2 de Fermilab. Ed. Wikimedia

El problema surge con los muones. Según el experimento realizado en el laboratorio de física de alta energía Fermilab, los muones no tienen el comportamiento magnético que deberían tener según el modelo estándar, lo que puede indicar que el modelo estándar no es tan preciso como se pensaba. Ha surgido la duda de si hay otra partícula que todavía no se ha detectado, o una fuerza básica que no conocemos.

En la actualidad conocemos cuatro fuerzas básicas en el universo: la gravedad, el electromagnetismo, la fuerza nuclear violenta (que mantiene todas las partículas del núcleo de los átomos juntas) y la fuerza nuclear débil (relacionada con la desintegración radiactiva). Sólo estos cuatro. Si fuera un quinto, sería una auténtica revolución en el mundo de la física. Habría que cambiar el modelo estándar y revisar gran parte de la física.

Fermilab, el último experimento

Los experimentos con muones no son nuevos. A finales de los años 50, el laboratorio CERN realizó por primera vez el experimento Muoi g-2 para medir el momento magnético dipolar de los muones. Los muones vieron entonces que tenían un momento magnético anómalo, pero siempre ha habido una duda de si no se había medido con poca precisión. Por lo tanto, se repitió en 1966 en el laboratorio nacional de Brookhaven, con 25 veces más de precisión. Y lo volvieron a repetir en 1969, 1984, etc.… con un grado de precisión creciente. Por ahora ha sido la última vez. En 2017 se puso en marcha el experimento y hasta el año 2020 se han recogido los datos. La interpretación de estos datos la hemos conocido en el año 2021. Se ha confirmado nuevamente el momento magnético anómalo.

Muones, partículas hiperaceleradas

Los muones son partículas elementales, es decir, no están formadas por otras partículas más pequeñas. Protones y neutrones sí, pero electrones y muones no. Los muones y los electrones tienen todas las características iguales, salvo dos: la masa (que son doscientas veces más pesadas que los electrones) y la estabilidad (las partículas que se descomponen inmediatamente a medida que se forman, son muy inestables; apenas dos microsegundos permanecen enteros, se desintegran y transforman rápidamente). Cuando los rayos cósmicos procedentes del espacio chocan con la atmósfera superior se forman partículas que caen hacia el suelo, entre ellas muones. Se deshacen en dos microsegundos, pero debido a la gran cantidad de energía que tienen en su origen, debido a la relatividad, para estos muones hiperacelerados el paso del tiempo es más lento y se dirigen desde la parte superior de la atmósfera hasta la superficie terrestre antes de su desintegración.

A pesar de la incertidumbre, de momento, el resultado del experimento de Fermilab ha puesto en cuestión los fundamentos de la física. Desde que se descubrió el bosón Higgs, no ha habido tal emoción entre los físicos. ¿Falta identificar alguna fuerza básica desconocida?

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