Muones: el model estàndard de la física, en qüestió?

2021/04/30 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika

El problema sorgeix amb els muones. Segons l'experiment realitzat en el laboratori de física d'alta energia Fermilab, els muones no tenen el comportament magnètic que haurien de tenir segons el model estàndard, la qual cosa pot indicar que el model estàndard no és tan precís com es pensava. Ha sorgit el dubte de si hi ha una altra partícula que encara no s'ha detectat, o una força bàsica que no coneixem.

En l'actualitat coneixem quatre forces bàsiques en l'univers: la gravetat, l'electromagnetisme, la força nuclear violenta (que manté totes les partícules del nucli dels àtoms juntes) i la força nuclear feble (relacionada amb la desintegració radioactiva). Només aquests quatre. Si fos un cinquè, seria una autèntica revolució en el món de la física. Caldria canviar el model estàndard i revisar gran part de la física.

Fermilab, l'últim experiment

Els experiments amb muones no són nous. A la fi dels anys 50, el laboratori CERN va realitzar per primera vegada l'experiment Muoi g-2 per a mesurar el moment magnètic dipolar dels muones. Els muones van veure llavors que tenien un moment magnètic anòmal, però sempre hi ha hagut un dubte de si no s'havia mesurat amb poca precisió. Per tant, es va repetir en 1966 en el laboratori nacional de Brookhaven, amb 25 vegades més de precisió. I ho van tornar a repetir en 1969, 1984, etc.… amb un grau de precisió creixent. Ara com ara ha estat l'última vegada. En 2017 es va posar en marxa l'experiment i fins a l'any 2020 s'han recollit les dades. La interpretació d'aquestes dades l'hem conegut l'any 2021. S'ha confirmat novament el moment magnètic anòmal.

Muones, partícules hiperaceleradas

Els muones són partícules elementals, és a dir, no estan formades per altres partícules més petites. Protons i neutrons sí, però electrons i muones no. Els muones i els electrons tenen totes les característiques iguals, excepte dues: la massa (que són dues-centes vegades més pesades que els electrons) i l'estabilitat (les partícules que es descomponen immediatament a mesura que es formen, són molt inestables; a penes dos microsegons romanen sencers, es desintegren i transformen ràpidament). Quan els raigs còsmics procedents de l'espai xoquen amb l'atmosfera superior es formen partícules que cauen cap al sòl, entre elles muones. Es desfan en dos microsegons, però a causa de la gran quantitat d'energia que tenen a l'origen, a causa de la relativitat, per a aquests muones hiperacelerados el pas del temps és més lent i es dirigeixen des de la part superior de l'atmosfera fins a la superfície terrestre abans de la seva desintegració.

Malgrat la incertesa, de moment, el resultat de l'experiment de Fermilab ha posat en qüestió els fonaments de la física. Des que es va descobrir el bosó Higgs, no hi ha hagut tal emoció entre els físics. Mancada identificar alguna força bàsica desconeguda?