Una nueva medición en el centro acelerador estadounidense Fermilab confirma: El momento magnético del muón es mayor que el calculado. ¿Será que hay que revisar el valor teórico?
El elemento central del experimento «Myon g-2» en Fermilab es un anillo de almacenamiento magnético superconductor en el que se miden los muones.
La fuerza bruta no lo es todo en la física de partículas. Si desea descubrir qué mantiene unido al mundo en su núcleo, no necesariamente tiene que acelerar las partículas a las energías más altas para luego aplastarlas. Una medición precisa de ciertas propiedades de las partículas también puede mostrar si nuestra comprensión teórica de las partículas elementales y las fuerzas entre ellas es correcta.
Un experimento en el centro estadounidense de aceleradores Fermilab estableció estándares aquí hace dos años. Allí, los miembros de la colaboración «Myon g-2» midieron el momento magnético del muón (un pariente del electrón) con una precisión sin precedentes y descubrieron que el resultado se desviaba significativamente de la predicción del modelo estándar de física de partículas.
Mientras tanto, el grupo de trabajo internacional ha evaluado más datos. El nuevo resultado es más preciso que el anterior por un factor de 2 y es compatible con él dentro del alcance de la inexactitud de la medición. Ahora es casi imposible que la discrepancia entre el experimento y la teoría sea falsificada por una fluctuación estadística.
El modelo estándar aún no está terminado.
Esta podría ser la prueba largamente buscada de que el modelo estándar de la física de partículas está incompleto y necesita expandirse para incluir nuevas partículas elementales o fuerzas naturales previamente desconocidas. Sin embargo, los expertos todavía se muestran reacios a sacar esta conclusión radical. En los últimos dos años han surgido dudas sobre el cálculo del momento magnético del muón. Hasta que estos se resuelvan, es prematuro especular sobre nueva física más allá del Modelo Estándar.
Los muones giran en el campo magnético del anillo de almacenamiento.
El muón es una partícula que se parece al electrón en muchos aspectos. La principal diferencia es que tiene 207 veces la masa y se descompone después de un corto tiempo. Al igual que el electrón, el muón también tiene una orientación magnética, que se denomina momento magnético. Si lo pones en un campo magnético, comienza a girar como un trompo. Si se conoce la fuerza del campo magnético, el momento magnético del muón se puede determinar a partir de la velocidad de giro. Esa es la idea detrás del experimento en Fermilab, que comenzó en 2017 y terminó recientemente.
Para el nuevo resultado, se evaluó el 30 por ciento de los datos recopilados entre 2017 y 2023, dice René Reimann de la Universidad de Mainz, quien pertenece al grupo de trabajo «Myon g-2» junto con su supervisor Martin Fertl. La incertidumbre de medición se ha reducido de 460 partes en mil millones a 200 partes en mil millones. Esta mejora se debe en parte a la mayor cantidad de datos, pero también en parte a una mejor comprensión de los errores sistemáticos en las mediciones. Con esto, según Reimann, se está en el buen camino para lograr el objetivo fijado y reducir la incertidumbre de medición a 140 partes en mil millones.
El hecho de que el resultado sea consistente con el resultado anterior fortalece la confianza en la medición, dice Fertl. Cada vez es más improbable que los errores de medición sistemáticos no detectados estén ocultos en el análisis. La pelota está ahora en manos de los teóricos.
Partículas fantasmas zumban alrededor del muon
Han estado trabajando durante muchos años para calcular el momento magnético del muón, denotado por g, con la mayor precisión posible. En la aproximación más simple, g tiene el valor 2, pero de hecho es un poco más grande. La razón de esta «anomalía» son los procesos que tienen lugar en el vacío. Según la teoría cuántica, el vacío no está vacío. Las partículas virtuales emergen constantemente de la nada, solo para desaparecer nuevamente al momento siguiente. Estas partículas fantasma rodean al muón como un enjambre de mosquitos y modifican su interacción con el campo magnético con una mano invisible.
El modelo estándar de la física de partículas
En principio, para calcular la contribución del vacío al momento magnético, se deben considerar todos los procesos físicos de partículas permitidos en el marco del modelo estándar. Eso es imposible. Por lo tanto, uno se limita a los procesos más importantes y espera que el resto sea insignificante. Este método perturbativo funciona muy bien siempre que las partículas virtuales interactúen débilmente entre sí. Sin embargo, tan pronto como entran en juego los quarks que interactúan fuertemente, falla.
Por lo tanto, se utilizan otros métodos para calcular estas contribuciones. Algunos investigadores basan sus cálculos en datos de experimentos con aceleradores. Otros investigadores están adoptando un enfoque relativamente nuevo llamado teoría del calibre de celosía. El problema es que los dos métodos de cálculo conducir a resultados contradictorios. Mientras que el método basado en datos ofrece un resultado que es significativamente más pequeño que el valor medido, el nuevo método de cálculo es más compatible con el experimento en Fermilab. En el aspecto teórico, el desarrollo actualmente es muy dinámico, dice Fertl.
Todavía no hay consenso a la vista
En esta situación, en realidad sería Iniciativa de teoría «Myon g-2» preguntó. Esta es una asociación de 130 físicos de partículas cuya tarea es encontrar un valor de consenso de la teoría que se pueda comparar con el valor medido.
Sin embargo, no se puede hablar de un consenso en este momento. En tus Libros blancos la iniciativa da un valor para el momento magnético del muón, basado principalmente en el método de cálculo basado en datos. Gilberto Colangelo de la Universidad de Berna, quien es miembro del comité directivo de la iniciativa, explica que el cálculo basado en cuadrículas es muy complicado y hasta ahora no ha podido ser confirmado por cálculos independientes del mismo tipo. Para empeorar las cosas, ahora hay nuevos datos de entrada para el método basado en datos, que también sugieren un valor más alto para el momento magnético del muón.
La iniciativa de la teoría «Myon g-2» todavía está luchando por desentrañar esta maraña de cálculos contradictorios. A partir de septiembre se va a realizar un nuevo intento para encontrar un consenso. No se excluye que el valor calculado se acerque al medido. ese seria uno más Intento fallido de mostrar los límites del Modelo Estándar.
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