Revolución en la física: un experimento se aproxima al descubrimiento de la quinta fuerza de la naturaleza

Un grupo de investigadores del laboratorio del Fermilab, en Chicago, que alberga uno de los mayores aceleradores de partículas del mundo, ha asegurado que podría estar cerca de descubrir la existencia de una nueva fuerza de la naturaleza, cada una de las interacciones entre partículas subatómicas que determinan el comportamiento de las partículas. Esta sería la quinta fuerza fundamental de la naturaleza.

En un artículo enviado a Physical Review Letters, los investigadores que hacen parte de una colaboración internacional del Muon g-2 del Fermilab, han encontrado nueva evidencia de que las partículas subatómicas conocidas como los muones, similares a los electrones ya que orbitan un átomo y transmiten electricidad, no se comportan como dicta la teoría actual, el Modelo Estándar de la física de partículas. Los científicos creen que eso podría indicar la existencia de una fuerza desconocida por el momento, que estaría ejerciendo sobre los muones.

Los científicos son prudentes, calculan que serán necesarios otros dos años para tener todos los datos que necesitan para hacer un anuncio formal. Eso es demasiado tiempo, en el que los investigadores del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) entre Suiza y Francia podrían adelantarse, y darle la victoria a Europa en la nueva carrera científica. Quien sea el autor del descubrimiento tendrá en sus manos los resultados que sacudirán los cimientos del mundo de la investigación de la física de partículas.

En concreto, los científicos aceleraron los muones, que son partículas unas 200 veces más masivas que los electrones, y se percataron de que se tambaleaban mucho más rápido de lo que dice la teoría. El descubrimiento se hizo en el acelerador de partículas, mientras los expertos trabajaban sobre las bases de un estudio que el Fermilab publicó en 2021, en el que se sugería la existencia de la quinta fuerza fundamental del Universo.

Los movimientos de los muones

Todas las fuerzas que determinan las interacciones de las partículas ya son conocidas y se trabajan diariamente en los laboratorios de física a lo largo de todo el mundo. Hasta ahora, se creía que las únicas eran la gravedad, el electromagnetismo, y las fuerzas nucleares fuerte (responsable de la cohesión de los núcleos atómicos, como la fusión) y la débil (de la que dependen las desintegraciones radiactivas, como la fisión). Todas ellas rigen el comportamiento de las partículas a lo largo y ancho del Universo, hacen parte de la teoría común conocida como el Modelo Estándar, pero deja por fuera cuestiones importantes como la materia y la energía oscuras.

Mitesh Patel, del Imperial College de Londres y físico que trabaja en el LHC para intentar entender las fallas en el Modelo Estándar, desde Europa, dijo a la BBC que los primeros investigadores que encuentren resultados experimentales que contradigan la teoría existente, lograrían uno de los hitos más importantes en la historia de la física, y una de las mayores revelaciones desde la teoría de la Relatividad de Albert Einstein.

En el experimento, Muon g-2, los investigadores aceleraron los muones unas 1.000 veces alrededor de un anillo de aproximadamente 50 pies de diámetro, a una velocidad cercana a la de la luz. No hay resultados concluyentes, pero el consenso entre los investigadores es que los muones se comportan de una manera imposible de explicar con la teoría existente. En el experimento se usaron poderosos imanes superconductores para hacer tambalear, pero las partículas se movieron mucho más rápido de lo que podía calcularse.

“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”, asegura Patel.

Las limitaciones del Modelo Estándar

Pero, ¿qué es el Modelo Estándar y por qué hay tanto interés en que los resultados de este experimento no concuerden con las predicciones de la teoría?  El paradigma teórico dice que todo lo que nos rodea está compuesto por átomos, los cuales están estructurados por partículas aún más pequeñas (subatómicas), y que la interacción entre ellas crean las cuatro fuerzas de la naturaleza que se conocen. Precisamente el Modelo Estándar predice cómo se comportan los átomos siguiendo estas cuatro fuerzas fundamentales, y lo ha hecho de manera acertada durante 50 años.

Aun así, los investigadores saben que hay algo que se describe como la “física más allá del Modelo Estándar” porque la teoría actual no termina de explicar todo lo que los astrónomos ven y son capaces de describir en el espacio, como la misteriosa materia oscura, que nunca ha podido ser encontrada. Dentro de los fenómenos que aún no se pueden explicar también están el hecho de que las galaxias se sigan alejando de manera acelerada después del Big Bang, en lugar de reducir la velocidad de la expansión, y los científicos creen que eso se deba a la llamada energía oscura, una fuerza desconocida todavía.

Y es que los astrónomos también han comprobado que las galaxias están girando mucho más rápido de lo que deberían, teniendo en cuenta el entendimiento científico de cuánto material contienen en su interior. Los investigadores creen que esto ocurre gracias a partículas invisibles llamadas materia oscura, las cuales tampoco se contemplan en el Modelo Estándar. @mundiario