Científicos instalando la sonda de calibración en la Instalación de Solenoides de Tesla 4 - MARK LOPEZ/ARGONNE NATIONAL LABORATORY
MADRID, 8 Abr. (EUROPA PRESS) -
El primer resultado de un experimento para poner a prueba nuestra comprensión actual del universo apunta a la existencia de partículas o fuerzas no descubiertas.
Esta nueva física podría ayudar a explicar misterios científicos de larga data, y la nueva información se suma a un almacén de información que los científicos pueden aprovechar al modelar nuestro universo y desarrollar nuevas tecnologías.
El experimento, Muon g-2, liderado por FermiLab y el Argonne National Laboratory, sigue a uno que comenzó en los años 90 en el Brookhaven National Laboratory, en el que los científicos midieron una propiedad magnética de una partícula fundamental llamada muón.
El experimento de Brookhaven arrojó un resultado que difirió del valor predicho por el Modelo Estándar, la mejor descripción de los científicos de la composición y el comportamiento del universo hasta ahora. El nuevo experimento es una recreación del de Brookhaven, construido para desafiar o afirmar la discrepancia con mayor precisión.
El modelo estándar predice con mucha precisión el factor g del muón, un valor que les dice a los científicos cómo se comporta esta partícula en un campo magnético. Se sabe que este factor g está cerca del valor dos, y los experimentos miden su desviación de dos, de ahí el nombre Muon g-2.
El experimento de Brookhaven indicó que g-2 difería de la predicción teórica en unas pocas partes por millón. Esta minúscula diferencia insinuaba la existencia de interacciones desconocidas entre el muón y el campo magnético, interacciones que podrían involucrar nuevas partículas o fuerzas.
El primer resultado del nuevo experimento concuerda fuertemente con el de Brookhaven, lo que refuerza la evidencia de que hay nueva física por descubrir. Los resultados combinados de Fermilab y Brookhaven muestran una diferencia con el Modelo Estándar con una significación de 4,2 sigma (o desviaciones estándar), un poco menos que los 5 sigma que los científicos requieren para reclamar un descubrimiento, pero aún evidencia convincente de nueva física. La probabilidad de que los resultados sean una fluctuación estadística es de aproximadamente 1 en 40.000.
Las partículas más allá del modelo estándar podrían ayudar a explicar fenómenos desconcertantes de la física, como la naturaleza de la materia oscura, una sustancia misteriosa y omnipresente que los físicos saben que existe pero que aún no han detectado.
"Este es un resultado increíblemente emocionante", dijo en un comunicado Ran Hong de Argonne, un investigador postdoctoral que trabajó en el experimento Muon g-2 durante más de cuatro años. "Estos hallazgos podrían tener importantes implicaciones para futuros experimentos de física de partículas y podrían conducir a una comprensión más sólida de cómo funciona el universo".
CÓMO FUNCIONA EL EXPERIMENTO
Para derivar el verdadero g-2 del muón, los científicos de Fermilab producen haces de muones que viajan en un círculo a través de un gran anillo hueco en presencia de un fuerte campo magnético. Este campo mantiene los muones en el anillo y hace que la dirección del giro de un muón gire. La rotación, que los científicos llaman precesión, es similar a la rotación del eje de la Tierra, solo que mucho, mucho más rápida.
Para calcular g-2 con la precisión deseada, los científicos deben medir dos valores con una certeza muy alta. Uno es la velocidad de la precesión de giro del muón cuando atraviesa el anillo. El otro es la fuerza del campo magnético que rodea al muón, que influye en su precesión. Ahí es donde entra Argonne.
Aunque los muones viajan a través de un campo magnético impresionantemente constante, los cambios de temperatura ambiente y los efectos del hardware del experimento provocan ligeras variaciones en todo el anillo. Incluso estos pequeños cambios en la intensidad del campo, si no se tienen en cuenta, pueden afectar significativamente la precisión del cálculo de g-2.
Para corregir las variaciones del campo, los científicos miden constantemente el campo a la deriva utilizando cientos de sondas montadas en las paredes del anillo. Además, envían un carro alrededor del anillo cada tres días para medir la intensidad del campo por donde realmente pasa el haz de muones. Montadas en el carro hay sondas que trazan el campo magnético con una precisión increíblemente alta en toda la circunferencia de 45 metros del anillo.
Para alcanzar el objetivo de incertidumbre final de menos de 70 partes por mil millones (alrededor de 2,5 veces mejor que la medición de campo en el experimento anterior), los científicos de Argonne renovaron el sistema de carro utilizado en el experimento de Brookhaven con capacidades de comunicación avanzadas y nuevas sondas de campo magnético ultraprecisas desarrollado por la Universidad de Washington.
El carro da la vuelta al anillo en ambas direcciones, tomando alrededor de 9.000 mediciones por sonda y dirección. Los científicos utilizan las mediciones para reconstruir cortes del campo magnético y luego derivar un mapa 3D completo del campo en el anillo. Los valores de campo en puntos del mapa se incluyen en el cálculo de g-2 para los muones que pasan por esas ubicaciones. Cuanto mejores sean las mediciones de campo, más significativo será el resultado final.
