Danza con muones
Guillermo Guevara Pardo
Licenciado en Ciencias de la Educación (especialidad biología) de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, odontólogo de la Universidad Nacional de Colombia y divulgador científico.
A la memoria de mi padre, que me enseñó a amar los libros.
Cuando el teniente John J. Dunbar fue enviado a los límites de un territorio indígena, adoptó como mascota a un lobo solitario y se relacionó con «Ave que patea», líder tribal de la región. Con ellos, el militar traspasó la frontera para conocer la cultura Sioux. Físicos teóricos y experimentales están danzando con muones desde hace algunos años; la tarantela cuántica les ha hecho sospechar que más allá de los límites establecidos por el modelo estándar, en la naturaleza existe una quinta fuerza.
El cosmos que habitamos está gobernado por la acción de cuatro fuerzas fundamentales: la gravedad, el electromagnetismo, la nuclear débil y la nuclear fuerte, cada una de las cuales se transmite mediante un bosón particular.
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La fuerza de gravedad, la más débil, gobierna todo el universo; su bosón, aún no descubierto, se llama gravitón. Los fenómenos eléctricos y magnéticos son manifestaciones de una misma fuerza, el electromagnetismo. Esta fuerza es de mayor potencia que la de gravedad: toda la masa de la Tierra es incapaz de hacer caer un pedacito de alambre pegado a un imán. Su bosón es el fotón (la partícula de la luz).
El alcance de la gravedad y del electromagnetismo es infinito y son las fuerzas del día a día, las del sentido común. El electromagnetismo es la base de la tecnología que usamos en todo instante.
Las fuerzas nuclear débil y fuerte reinan en el núcleo atómico, no se perciben de manera directa en la vida diaria. La nuclear débil está mediada por los bosones W y Z y la nuclear fuerte, por el gluón. Ellas gobiernan fenómenos como ciertas desintegraciones radiactivas, las reacciones termonucleares que ocurren en el interior de las estrellas o las espectaculares explosiones de supernovas y kilonovas.
Su conocimiento y dominio permitieron la producción de energía eléctrica en las centrales nucleares, usarlas para diagnósticos y tratamientos médicos, pero también la construcción de las tenebrosas bombas atómicas.
Ese conocimiento, como cantó Pablo Neruda en Oda al átomo, fue «píldora norteamericana» dejada caer sin piedad alguna sobre Hiroshima y Nagasaki; la barbarie atómica de 1945 fue el ominoso mensaje para advertirle al mundo que el Imperio de las barras y las estrellas estaba para sojuzgarlo al precio que fuera, inclusive pisoteando la dignidad humana.
El modelo estándar de las partículas atómicas se formuló en la década de los años sesenta y es el marco teórico más preciso que se tiene hoy en día para describir la materia. Resultó ser una teoría exitosa que predijo la existencia de una serie de partículas que se han venido descubriendo paulatinamente, la última de las cuales fue el bosón de Higgs anunciado en 2012, tras laboriosos experimentos llevados a cabo en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC).
El belga François Englert y el británico Peter Higgs fueron laureados con el Premio Nobel de Física del año 2013 por haber postulado en 1964, de manera independiente, la existencia de dicha partícula.
Físicos de todo el mundo se ilusionan con traspasar las fronteras del modelo estándar e incursionar en territorios desconocidos persiguiendo las sombras de una nueva física, armados con principios teóricos y matemáticos firmemente establecidos para avanzar hacia lo desconocido.
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El viaje de los nuevos argonautas implica resquebrajar la hermosa arquitectura del edificio de su exitosa teoría, lo que es motivo de alegría, pues abre caminos hacia nuevos campos del conocimiento.
Este viaje a tierras ignotas de la materia lo ha posibilitado el muón, un componente elemental del bestiario subatómico descubierto en 1936 en los rayos cósmicos, radiación formada por partículas de muy alta energía.
Un muón tiene carga eléctrica negativa, como el electrón, pero es 200 veces más pesado y con un lapso de vida que dura menos que un parpadeo: dos microsegundos. El particular bamboleo del muón ha desafiado la integridad del modelo estándar.
Un experimento llamado Muón g-2 (g menos dos) llevado a cabo por científicos del Fermilab, cerca de Chicago, mostró que cuando un haz de muones se acelera hasta velocidades cercanas a la de la luz en el anillo de un acelerador de partículas, vibran con un valor ligeramente diferente que el teórico predicho por las reglas del modelo estándar. El muón estaría obedeciendo a algún parámetro no contemplado por la teoría más exitosa de la física moderna.
La diferencia entre el valor teórico y el medido experimentalmente ha llevado a los investigadores a sospechar que existe alguna propiedad desconocida en el entramado espaciotemporal del universo y a plantear la hipótesis de la quinta fuerza. Tendrán que venir otros experimentos que arrojen mediciones más precisas para proclamar la existencia de la nueva fuerza, algo que sería un maravilloso avance científico.
El experimento muestra el poder del método científico para desentrañar los arcanos de la naturaleza, el carácter inagotable de la materia y, por ende, el de la ciencia. Muón g-2 ha dado lugar a sentimientos entre la cautela y el entusiasmo.
Mientras Sabine Hossenfelder, física teórica del Instituto de Estudios Avanzados de Fráncfort, dice que «por supuesto, existe la posibilidad de que sea nueva física, pero yo no apostaría por eso», Marcela Carena, del Fermilab, declara: «Estoy muy emocionada. Siento que este pequeño bamboleo puede sacudir los cimientos de lo que creíamos saber». Me pongo del lado de la investigadora del Fermilab.
