Los físicos están desconcertados y emocionados por 2 experimentos que desafían las reglas

abril 7, 2021 0 Por RenzoC

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

Las partículas más pequeñas no están haciendo lo que se espera de ellas cuando rodean dos experimentos diferentes de larga duración en los Estados Unidos y Europa. Los resultados confusos, si se demuestra que son correctos, revelan problemas importantes con la regulación que usan los físicos para describir y comprender cómo funciona el universo a nivel subatómico.

El físico teórico Matthew McCullough del CERN, la Organización Europea para la Investigación Nuclear, dijo que desentrañar los misterios podría «llevarnos más allá de nuestra comprensión actual de la naturaleza».

La regulación, llamada Modelo Estándar, fue desarrollada hace unos 50 años. Los experimentos llevados a cabo durante décadas han afirmado una y otra vez que sus descripciones de las partículas y fuerzas que componen y gobiernan el universo eran bastante correctas. Hasta ahora.

«Nuevas partículas, nueva física pueden estar más allá de nuestra investigación», 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 carreras a lo largo de una pista en las afueras de Chicago que, aunque la mayoría de la gente tiene físicos en agitación: el campo magnético alrededor de una partícula subatómica fugaz no es lo que el modelo estándar dice que debería ser. Esto sigue a los nuevos resultados publicados el mes pasado por el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, que encontró una proporción asombrosa de partículas después de colisiones de alta velocidad.

Petrov, que no participó en ninguno de los experimentos, inicialmente se mostró escéptico de los resultados del Gran Colisionador de Hadrones cuando surgieron las primeras sugerencias en 2014. Con los últimos resultados más completos, dijo que ahora está «cautelosamente extasiado».

El propósito de los experimentos, explica el físico teórico de la Universidad Johns Hopkins, David Kaplan, es separar las partículas y averiguar si hay «algo divertido» con ambas partículas y el espacio aparentemente vacío entre ellas.

“Los secretos no viven solo en la materia. Viven en algo que parece llenar todo el espacio y el tiempo. Estos son campos cuánticos «, dijo Kaplan.» Estamos poniendo 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 el centro de un átomo. Pero el muón no es parte del átomo, es inestable y normalmente solo existe durante dos microsegundos. Después de que fuera descubierto en los rayos cósmicos en 1936, los científicos estaban tan confundidos que un físico famoso preguntó «¿Quién ordenó esto?»

«Desde el principio hizo que los físicos se rascaran la cabeza», dijo Graziano Venanzoni, físico experimental de un laboratorio nacional italiano que es uno de los principales científicos del experimento estadounidense Fermilab, llamado Muon g-2.

El experimento envía muones alrededor de una pista magnetizada que contiene las partículas existentes el tiempo suficiente para que los investigadores las examinen más de cerca. Los resultados preliminares sugieren que el «giro» magnético de los muones es el 0,1% del predicho por el modelo estándar. Puede que no parezca mucho, pero para los físicos de partículas es enorme, más que suficiente para romper la comprensión actual.

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

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

El Modelo Estándar predice que estos choques de quarks de belleza deberían conducir a un número igual de electrones y muones. Es como lanzar una moneda 1000 veces y obtener el mismo número de caras y cruces, dijo Chris Parkes, director del experimento de belleza del Gran Colisionador de Hadrones.

Pero eso no es lo que pasó.

Los investigadores analizaron datos de varios años y algunos miles de accidentes y encontraron una diferencia del 15 por ciento, con significativamente más electrones que muones, dijo Sheldon Stone, investigador de la Universidad de Syracuse.

Ninguno de los experimentos se ha calificado todavía de descubrimiento oficial porque todavía existe una pequeña posibilidad de que los resultados sean rarezas estadísticas. La ejecución de los experimentos varias veces, planificada de cualquier manera, podría, en uno o dos años, alcanzar los requisitos estadísticos increíblemente estrictos para que la física lo considere un gran avance, dijeron los investigadores.

Si los resultados se mantienen, revertirán «todos los demás cálculos realizados» en el mundo de la física de partículas, dijo Kaplan.

“Este no es un factor de engaño. Esto está mal ”, dijo Kaplan.

Explicó que puede haber algún tipo de partícula no descubierta, o fuerza, que podría explicar ambos resultados extraños.

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

«Verificamos todas nuestras conexiones de cable y nos esforzamos por verificar nuestros datos», dijo Stone. «Tenemos un poco de confianza, pero nunca se sabe».

El escritor de AP Jamey Keaten en Ginebra contribuyó a este informe.

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