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10 de agosto 2023 - 21:50hs

Un grupo de científicos cerca de la ciudad de Chicago, en Estados Unidos, dijo que podría estar cerca de descubrir la existencia de una nueva fuerza de la naturaleza.

El acelerador de partículas de Fermilab
Reidar Hahn/Fermilab
El descubrimiento se dio en marco del experimento muon g-2.

Han encontrado nueva evidencia que sugiere que las partículas subatómicas, conocidas como muones, no se comportan como lo predice la teoría actual de la física subatómica.

Los científicos creen que esto podría indicar la existencia de una fuerza, desconocida hasta el momento, que estaría actuando sobre los muones.

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Se necesitarán más datos para poder confirmar los resultados, pero si se se consigue, podría indicar el inicio de una nueva revolución en el mundo de la física.

Todas las fuerzas que experimentamos en nuestro día a día se pueden catalogar dentro de cuatro categorías: gravedad, electromagnetismo y las fuerzas nucleares débil y fuerte. Estas cuatro fuerzas fundamentales gobiernan la interacción de todos los objetos y partículas en todo el universo.

Acelerando muones

Partículas fundamentales
Getty Images
Según el modelo estándar de la física de partículas, las partículas fundamentales interactuan con un campo Higgs, y así obtienen masa.

El descubrimiento se hizo en las instalaciones de un acelerador de partículas estadounidense llamado Fermilab. Estaban trabajando sobre las bases de un estudio que Fermilab publicó en 2021, sugiriendo la posible existencia de una quinta fuerza en el universo.

Desde entonces, el grupo de investigación ha recopilado más datos y asegura haber reducido bastante el factor de incertidumbre: “Realmente estamos probando nuevos territorios. Estamos determinando las medidas con mucha más precisión de lo que se ha hecho anteriormente”.

En un experimento con el llamativo nombre de “g menos dos (g-2)”, los investigadores aceleraron partículas subatómicas llamadas muones unas 1.000 veces alrededor de un anillo de aproximadamente 50 pies de diámetro, a una velocidad cercana a la de la luz.

Los investigadores encontraron que los muones se estarían comportando de una manera que no se podría explicar con la teoría existente, conocida como el Modelo Estándar, debido a la influencia de una nueva fuerza de la naturaleza.

Aunque la evidencia es sustancial, el equipo de Fermilab dice que no tiene pruebas concluyentes.

Confirmación

Fermilab
Fermilab
Localizado cerca de Chicago, Fermilab es el principal laboratorio de física en EE.UU.

Los investigadores creen que tendrán toda la información que necesitan, y que la incertidumbre teórica se habrá reducido en un par de años lo suficiente como para que puedan alcanzar su objetivo.

Un equipo rival en Europa, trabajando con el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), espera alcanzar el objetivo antes.

Mitesh Patel, del Imperial College de Londres, es uno de los miles de físicos en el LHC que intentan encontrar fallas en el modelo estándar. Le dijo a BBC News que las primeras personas en encontrar resultados experimentales que contradigan el modelo estándar lograrían uno de los hitos más importantes de todos los tiempos en la física.

“Medir un comportamiento que no concuerda con las predicciones del modelo estándar es el Santo Grial de la física de partículas. Sería el pistoletazo que da inicio a una revolución en nuestro entendimiento porque el modelo estándar lleva siendo confirmado por pruebas experimentales durante más de 50 años”.

Desde el Fermilab dicen que su próxima serie de resultados sería el “encuentro máximo” entre teoría y experimento, lo cual puede llevar a nuevas partículas o fuerzas.

El modelo estándar

Gran colisionador de partículas Hadron
CERN
Científicos en el Gran Colisionador de Hadrones en Europa están en la carrera para encontrar inconsistencias en el modelo estándar.

Pero, ¿qué es el modelo estándar y por qué hay tanto interés en resultados experimentales que realmente no concuerdan con sus predicciones?

Todo en nuestro mundo se compone de átomos, los cuáles, a su vez, se componen de partículas aún más pequeñas. Estas interactúan para crear las cuatro fuerzas de la naturaleza: electricidad y magnetismo (electromagnetismo), dos fuerzas nucleares y la gravedad.

El modelo estándar predice su comportamiento y lo ha hecho perfectamente, sin ningún tipo de error, por 50 años.

Los muones se parecen a los electrones, los cuales orbitan a los átomos y son responsables de las corrientes eléctricas, pero son 200 veces más masivos.

En el experimento,se usaron poderosos imanes superconductores para hacer tambalear a los muones.

Los resultados mostraron que los muones se tambalearon más rápido de lo que deberían hacerlo según el modelo estándar.

El profesor Graziano Venanzoni, de la Universidad de Liverpool – y uno de los principales investigadores en el proyecto, le comentó a BBC News que esto podría producirse debido a una nueva fuerza desconocida.

“Creemos que puede haber otra fuerza, algo que no sepamos aún, pero debería ser importante porque nos dice algo nuevo del universo”.

Si se confirma, este podría representar uno de los hitos científicos más importantes de los últimos 100 años, desde que Einstein presentó sus teorías de la relatividad. Eso es porque una quinta fuerza, y cualquier tipo de partícula que se asocie a ella, no está incluida en el modelo estándar de la física de partículas.

Los investigadores saben que hay algo que ellos describen como la “física más allá del modelo estándar” porque la teoría actual no termina de explicar todo lo que los astrónomos ven en el espacio.

Dentro de los fenómenos que aún no se pueden explicar están el hecho de que las galaxias se sigan alejando de manera acelerada después del Big Bang, en vez de desacelerarse. Los científicos dicen que la aceleración esta siendo impulsada por una fuerza desconocida, llamada energía oscura.

Las galaxias también están girando mucho más rápido de lo que deberían, según nuestro entendimiento de cuánto material contienen. Los investigadores creen que esto ocurre por partículas invisibles llamadas materia oscura, las cuales no se contemplan dentro del modelo estándar.

Los resultados del último estudio se han publicado en el Journal Physical Review Letters.

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BBC

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