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Energy.Gov Algo más allá de las actuales leyes de la física, el Muón

by Maribel
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Algo más allá de las actuales leyes de la física, el Muón

 

Nuestra mejor teoría del Universo se tambalea: El Fermilab laboratorio de física de partículas (astrojem.com)encuentra fuertes evidencias de que hay algo más allá de las actuales leyes de la física

 

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Fermilab

Estamos a las puertas de desafiar las actuales leyes de la física. El Fermilab y un equipo internacional de 200 científicos ha publicado los primeros resultados de su experimento Muon g-2 y se han encontrado importantes evidencias de que el Modelo Estándar de la física de partículas no es suficiente para explicar lo observado.

Un experimento realizado con una precisión sin precedentes y que anticipa la posible existencia de una fuerza o partícula desconocida.

«Es un día extraordinario para toda la comunidad internacional», explican los responsables del experimento, que comparan este hallazgo con la llegada del primer rover a Marte.

La partícula analizada es el muón

 

 

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Similar al electrón pero mucho más pesado. Los científicos han encontrado que estos muones no actúan como está predicho cuando se envían a través de un intenso campo magnético en el Fermilab, el laboratorio nacional de física de altas energías de los EE.UU y que acoge el segundo mayor acelerador de partículas del mundo tras el del Home | CERN

 

Algo parece fallar en el Modelo Estándar

 

El resultado muestra que el muón está afectado por algo que no se encuentra en el Modelo Estándar, la teoría utilizada durante las últimas décadas. No es la primera vez que se propone la posibilidad de que exista una fuerza o alguna partícula más allá, de hecho se considera ampliamente entre la comunidad científica que la teoría no es completa, pero sí es laprimera vez que se realiza un experimento de esta magnitud y se tienen datos tan claros que algo falla.

 

Fermilab

 

En 2011, una serie de experimentos relacionados en el Brookhaven National Laboratory — a passion for discovery (bnl.gov)también anticipaba esta posibilidad. Recientemente, en marzo de 2021, en el CERN se obtuvo un «intrigante resultado» con muones que apuntaba a una posible ruptura de la universalidad del sabor leptónico.

El cálculo del experimento gira alrededor del factor-g del muón, que puede ser calculado con enorme precisión. Este dato refleja las interacciones del muón con todo lo demás en el universo. Sin embargo, los resultados no coinciden con la teoría. No al menos cuando se tienen en cuenta las cuatro fuerzas fundamentales conocidas: interacción gravitacional, nuclear débil, la electromagnética y la nuclear fuerte.

«Esta es una fuerte evidencia de que el muón es sensible a algo que no está en nuestra mejor teoría«, explica Renee Fatemi, física de la Universidad de Kentucky y encargada de las simulaciones del experimento Muon g-2.

 

Hay algo más allá de las actuales leyes de la física

 

Los resultados muestran una diferencia con la teoría con una significación de 4,2 sigma, un poco por debajo de los 5 sigma (o desviaciones estándar) que los científicos requieren para confirmar un descubrimiento. En términos estadísticos, la probabilidad de que estos resultados sean una desviación puntual sería aproximadamente de 1 entre 40.000.

El experimento de Fermilab reutiliza el componente principal del experimento de Brookhaven, un anillo de almacenamiento magnético superconductor de 50 pies de diámetro. En 2013, fue transportado 3.200 millas por tierra y mar desde Long Island a los suburbios de Chicago, donde los científicos pudieron aprovechar el acelerador de partículas del Fermilab y producir el haz de muones más intenso de los Estados Unidos. Durante los siguientes cuatro años, los investigadores armaron el experimento; sintonizado y calibrado un campo magnético increíblemente uniforme ; desarrolló nuevas técnicas, instrumentación y simulaciones; y probado a fondo todo el sistema.

 

Hay algo más allá de las actuales leyes de la física

Miles de personas dieron la bienvenida al imán Muon g-2 en Fermilab en 2013. Los datos de la primera ejecución del experimento arrojaron un resultado con una precisión sin precedentes. Los datos de cuatro corridas experimentales adicionales revelarán el comportamiento del muón con aún más detalle. Foto: Reidar Hahn, Fermilab

El experimento Muon g-2 envía un haz de muones al anillo de almacenamiento, donde circulan miles de veces a casi la velocidad de la luz. Los detectores que recubren el anillo permiten a los científicos determinar qué tan rápido están precesando los muones.

En su primer año de funcionamiento, en 2018, el experimento de Fermilab recopiló más datos que todos los experimentos previos de factor g de muones combinados. Con más de 200 científicos de 35 instituciones en siete países, la colaboración Muon g-2 ha terminado de analizar el movimiento de más de 8 mil millones de muones de esa primera ejecución.

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«Después de los 20 años que han pasado desde que terminó el experimento de Brookhaven, es muy gratificante poder finalmente resolver este misterio», dijo el científico del Fermilab Chris Polly, quien es co-portavoz del experimento actual y fue un estudiante de posgrado líder en el Experimento de Brookhaven.

El análisis de datos de la segunda y tercera ejecución del experimento está en marcha, la cuarta ejecución está en curso y se planea una quinta ejecución. La combinación de los resultados de las cinco corridas dará a los científicos una medida aún más precisa de la oscilación del muón, revelando con mayor certeza si la nueva física se esconde dentro de la espuma cuántica.

“Hasta ahora hemos analizado menos del 6% de los datos que el experimento eventualmente recopilará. Aunque estos primeros resultados nos dicen que existe una diferencia intrigante con el modelo estándar, aprenderemos mucho más en los próximos años ”, dijo Polly.

 

Primeros resultados

Los primeros resultados tan esperados del experimento Muon g-2 en el Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi del Departamento de Energía de EE. UU. Muestran partículas fundamentales llamadas muones que se comportan de una manera que no es predicha por la mejor teoría de los científicos, el Modelo Estándar de física de partículas. Este resultado histórico , realizado con una precisión sin precedentes, confirma una discrepancia que ha estado carcomiendo a los investigadores durante décadas.

La fuerte evidencia de que los muones se desvían del cálculo del Modelo Estándar podría sugerir una nueva física emocionante. Los muones actúan como una ventana al mundo subatómico y podrían interactuar con partículas o fuerzas aún no descubiertas.

“Hoy es un día extraordinario, muy esperado no solo por nosotros sino por toda la comunidad física internacional”, dijo Graziano Venanzoni, co-portavoz del experimento Muon g-2 y físico del Instituto Nacional Italiano de Física Nuclear. “Gran parte del mérito es para nuestros jóvenes investigadores que, con su talento, ideas y entusiasmo, nos han permitido lograr este increíble resultado”.

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Los primeros resultados del experimento Muon g-2 en Fermilab han reforzado la evidencia de nueva física. La pieza central del experimento es un anillo de almacenamiento magnético superconductor de 50 pies de diámetro, que se encuentra en su sala de detectores en medio de bastidores electrónicos, la línea de luz de muones y otros equipos. Este impresionante experimento opera a 450 grados Fahrenheit negativos y estudia la precesión (o oscilación) de los muones a medida que viajan a través del campo magnético. Foto: Reidar Hahn, Fermilab

Un muón es unas 200 veces más masivo que su primo, el electrón. Los muones se producen naturalmente cuando los rayos cósmicos inciden en la atmósfera de la Tierra, y los aceleradores de partículas del Fermilab pueden producirlos en grandes cantidades. Al igual que los electrones, los muones actúan como si tuvieran un pequeño imán interno. En un campo magnético fuerte, la dirección del imán del muón se precesa o se bambolea, al igual que el eje de una peonza o giroscopio. La fuerza del imán interno determina la velocidad a la que el muón precesa en un campo magnético externo y se describe mediante un número que los físicos llaman factor g. Este número se puede calcular con una precisión ultra alta.

 

Comportamiento de los Muones

“Determinar el comportamiento sutil de los muones es un logro notable que guiará la búsqueda de la física más allá del Modelo Estándar en los próximos años”, dijo el Director Adjunto de Investigación de Fermilab, Joe Lykken. «Este es un momento emocionante para la investigación de la física de partículas, y Fermilab está a la vanguardia».

Se llevará a cabo una conferencia de prensa en la que se discutirán los primeros resultados del experimento Muon g-2 al mediodía, hora central de EE. UU., El 7 de abril. Los periodistas deben comunicarse con media@fnal.gov para obtener información de conexión. Más imágenes del experimento Muon g-2 están disponibles en la galería Muon g-2 . Más información sobre el experimento está disponible en el sitio web de Muon g-2 .

 

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Más formas de participar: realice un recorrido virtual en 360 ° del experimento Muon g-2 o vea un recorrido en video guiado . Vea la lista de reproducción de video completa de Muon g-2 .  Regístrese para una conferencia pública virtual gratuita el 17 de abril que explicará los nuevos resultados de Muon g-2. Imprime tu propio póster de “ Marvelous Muon ”.

El experimento Muon g-2 cuenta con el apoyo del Departamento de Energía (EE. UU.); Fundación Nacional de Ciencias (EE. UU.); Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Italia); Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología (Reino Unido); Royal Society (Reino Unido); Horizonte 2020 de la Unión Europea; Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China; MSIP, NRF e IBS-R017-D1 (República de Corea); y Fundación Alemana de Investigación (DFG).

Fermilab es el principal laboratorio nacional de Estados Unidos para la investigación de la física de partículas. Fermilab, un laboratorio de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU., Se encuentra cerca de Chicago, Illinois, y es operado bajo contrato por Fermi Research Alliance LLC. Visite el sitio web de Fermilab en  https://www.fnal.gov  y síganos en Twitter  @Fermilab .

La Oficina de Ciencias del DOE es el mayor patrocinador de la investigación básica en las ciencias físicas en los Estados Unidos y está trabajando para abordar algunos de los desafíos más urgentes de nuestro tiempo. Para obtener más información, visite  https://science.energy.gov .

Actualmente en el Fermilab se encuentran analizando los datos de un segundo y tercer experimento con los muones. Un cuarto envío de estos muones por el anillo supermagnético de 15 metros está en marcha y se planea la realización de un quinto proceso. Por el momento se ha analizado menos del 6% de los datos que se recopilarán finalmente, pero ya se está comprobando que los resultados apuntan hacia un terreno desconocido.

  • La desviación del factor-g del muon, que teóricamente debería ser igual a 2, podría explicarse debido a la presencia de

Partículas subatómicas desconocidas o una posible quinta fuerza fundamental.

Por el momento se desconoce qué puede causar esta desviación. Un trabajo que previsiblemente mantenga ocupados a los físicos durante los próximos años.

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What is the muon #gminus2 anomaly, and why is it exciting? I made a comic about it @PhysicsMagazine https://t.co/Q3Ps7LF8bH

 

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