Físicos vuelven a estudiar propiedades anómalas de los muones tras 16 años

El electroimán Muon g-2 en el Fermilab, listo para recibir haces de muones. El aro genera un campo magnético que permitirá estudiar propiedades de estas partículas subatómicas. 

Fermilab

 

Protones, neutrones y electrones. Es la composición de los átomos (unidad mínima de la materia) que muchos aprendimos en la secundaria. Con la especialización, sin embargo, pudimos comprender más allá de ellos: los protones y neutrones están hechos de partículas más pequeñas llamadas quarks y leptones, y que estas podían ser diferentes entre sí: muones, bosones, neutrinos y otras más.

Estas partículas subatómicas son de dos tipos: (1) los fermiones (el divulgador científico Pere Estupinyá lo describe como la parte ‘sólida’ de los átomos) o partículas de materia y (2) los bosones (partículas de fuerza), que transmiten fuerzas entre las antes mencionadas partículas ‘sólidas’.

Cada una de las partículas en esta clasificación estaría directamente relacionada a fuerzas distintas dentro del átomo como la electromagética, nuclear, o hasta gravitatoria, todos interactuando en lo que se llama el campo de Higgs, compuesto por los bosones. En esta gráfica del Modelo estándar de la física de partículas que explica teóricamente la estructura fundamental de la materia puedes hacerte una idea de lo descrito.


Modelo estándar de la física de partículas.

Pues bien, entre los fermiones (que pueden clasificados en quarks y leptones) están los neutrinos, el fotón, el electrón, el tau, y otras partículas hasta el muon.

Hoy, los muones hacen noticia porque podrán ser estudiados gracias a una ‘resucitada’ máquina a 20 años de su creación capaz de medir nuevos eventos en el campo magnético con el fin de aprender cosas nuevas sobre las partículas del todo.

¿Qué es Muon g-2, y para qué sirve?

El experimento Muon g-2, localizado en el Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab, del Departamento de Energía de EEUU), ha empezado su búsqueda. El 31 de mayo, un electroimán superconductor al centro del experimento vio su primer haz de partículas de muones de los aceleradores de Fermilab, dando el inicio a un proyecto de tres años para medir qué le ocurre a estas partículas al ser posicionadas en un campo magnético increíblemente preciso. Este megaestudio podría “reescribir el entendimiento del universo y cómo este funciona”, según una nota oficial reproducida en Phys.org.

El proyecto Muon g-2, así, usará los muones para buscar raras y fascinantes anomalías en la naturaleza, según Nigel Lockyer, director de Fermilab.

Tomó tiempo y mucho esfuerzo empezar con este plan. El primer intento fue en el Laboratorio Nacional Brookhaven, en Nueva York, a fines de los 90 e inicios del 2000. El fin era medir con precisión la propiedad de un muón, su traslado o tambaleo en el campo magnético. Los resultados finales fueron sorprendentes: sugerían la presencia de partículas ‘fantasmales’ que afectaban las propiedades del muón.

El nuevo experimento usará el intenso haz de muones para responder definitivamente las preguntas que surgieron con los hallazgos de Brookhaven. Hubiese costado 10 veces construir un equipo nuevo en Brookhaven; por ello, en el 2013, se trasladó mover el frágil superimán al Fermilab, localizado en Chicago. El transporte atravesó Florida y Tennessee, por tierra y un tramo en el río Illinois en un traslado que produjo a una insólita fanaticada que lo acompañó en el viaje, haciendo famoso al imán. La instalación del mismo fue la segunda parte de la batalla, colocando detectores, ambientando una habitación de control y ajustando la uniformidad del campo magnético.

El trabajo también requirió la creación de una ‘línea de luz’ para generar muones con precisión, la instalación de instrumentos y acomodo del imán a mano un proceso que en total duró al menos un año. El nuevo campo magnético es tres veces más uniforme que el de Brookhaven.

Una ambicioso objetivo

Lo que viene en las próximas semanas es probar los equipos instalados alrededor del imán, lo que será medir muones por primera vez en 16 años. Luego se estudiarán los datos cualitativos y confirmará la anomalía vista en Brookhaven, lo que a su vez indicaría que la imagen del universo que los científicos habían asumido por décadas está incompleta y aún falta por descubrir más secretos en ella.

Recientemente, el experimento ATLAS ha detectado una pista de la existencia de una partícula súper pesada que tendría una masa de cerca de 3 TeV (tera electronvoltios), lo cual la hace diez veces más pesada que cualquier partícula elemental predicha por el Modelo estándar de la física de partículas.

 

Daniel Meza
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