Los científicos buscan la quinta fuerza fundamental de la naturaleza

Los científicos buscan la quinta fuerza fundamental de la naturaleza

Desde 2021, los científicos se enfrentan a una fuerza poderosa, llamada quinta fuerza fundamental de la naturaleza. Investigadores cerca de Chicago, EE.UU., han detectado signos de comportamiento inusual en partículas llamadas muones. Sin embargo, incluso después de una extensa recopilación de datos, la evidencia aún no es concluyente. Pero las expectativas ya son muy prometedoras, porque podemos estar al borde de una revolución en la física. ¡Continúa leyendo este texto de Ingeniería 360 para saber más!

Imagen de Ryan Postel, Fermilab, vía Engenharia Hoje

¿Cuál es la quinta fuerza fundamental de la naturaleza?

Debemos comenzar este texto enfatizando que, durante muchas décadas, los investigadores se han basado en un modelo llamado Modelo Estándar para sus investigaciones sobre el cosmos. Sin embargo, este viaje hacia lo desconocido puede estar a punto de dar un giro. Si la quinta fuerza fundamental de la naturaleza es cierta – además de la gravedad, el electromagnetismo, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil – la investigación científica podría dar un salto notable en los próximos años en términos de comprensión del universo.

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La quinta fuerza fundamental de la naturaleza está vinculada a una nueva fuerza que aún no forma parte de nada muy conocido. El Modelo Estándar describe la física de partículas, más precisamente las interacciones de las partículas subatómicas y las fuerzas fundamentales que actúan sobre ellas. Y como hemos dicho antes, ha sido la base de la física de partículas durante décadas.

Quinta Fuerza Fundamental de la Naturaleza
Ilustración de imagen de la señal de la nueva partícula, un tipo de fotón con masa, conocida como anomalía del berilio 8 (8Be), por Jonathan L. Feng et al., vía Innovación Tecnológica

Las medidas recientes no se ajustan al modelo estándar. Esto podría indicar la existencia de fenómenos o partículas imprevistos, lo que conduciría a una revisión significativa de nuestra comprensión actual de la física de partículas y abriría nuevas vías de investigación. Después de todo, ¿existen realmente más de las cuatro fuerzas conocidas operando en el universo?

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Realizar los experimentos.

Los experimentos realizados para comprender la quinta fuerza fundamental de la naturaleza fueron realizados por Fermilab (Laboratorio Nacional del Acelerador Fermi), miembro de la colaboración internacional «Muon g-2». Sus científicos evaluaron las hipótesis utilizando un acelerador de partículas.

Au moment de l’expérience «g moins deux (g-2)», les chercheurs ont accéléré des particules subatomiques appelées muons autour d’un anneau de 15 mètres de diamètre, où ces muons circulaient à environ 1 000 fois la vitesse proche de la luz. Observaron que estas partículas se comportan de maneras que no pueden explicarse mediante el modelo estándar de física de partículas. Aquí comenzaron las especulaciones sobre la posible existencia de una “quinta fuerza” de la naturaleza.

Quinta Fuerza Fundamental de la Naturaleza
Imagen de Fermilab, el laboratorio de física de partículas líder en Estados Unidos, reproducida de Fermilab vía Olhar Digital
Quinta Fuerza Fundamental de la Naturaleza
Imagen Experimento Muon g-2. vía meteorito

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Comportamiento de las partículas de muones subatómicas.

Primero, necesitamos aclarar qué son los muones. Serían partículas subatómicas similares a los electrones, pero 200 veces más pesadas que ellos. No se desintegran en otras partículas, como electrones, y tienen una vida útil extremadamente corta, de sólo 2,2 microsegundos.

Los resultados iniciales sugieren que los muones oscilaron más rápido de lo que predijo el modelo estándar, lo que podría deberse a la influencia de una fuerza nueva y desconocida. Sin embargo, los investigadores subrayaron que aún necesitaban pruebas más concluyentes para validar sus hipótesis. Por supuesto, cuando se filtró la noticia comenzó una auténtica carrera contra el tiempo. Ahora, un equipo europeo rival, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en Suiza, también ha comenzado a buscar resultados similares y espera llegar a conclusiones antes del Fermilab.

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Cabe aclarar que, en este escenario, la gravedad no se tiene en cuenta en los cálculos. Por ejemplo, no se ha encontrado ninguna partícula “gravitón” responsable de esta nueva fuerza. De hecho, integrar la gravedad en el modelo estándar ya es un desafío. Sin embargo, las oscilaciones de los muones están influenciadas por el campo magnético en el que se encuentran. Así, en el Modelo Estándar, durante los últimos 50 años, incluso fue posible calcular bien estas oscilaciones; pero no en el nuevo modelo. Curioso, ¿no?

Quinta Fuerza Fundamental de la Naturaleza
Imagen Imán cuadrupolo que conduce al anillo de almacenamiento de partículas Muon g-2, Fermilab vía Meteored

¿Por qué los científicos creen que este descubrimiento podría representar un hito en la física?

De hecho, el descubrimiento de esta quinta fuerza fundamental de la naturaleza cuestiona las teorías actuales y abriría nuevas perspectivas en la comprensión del universo. Esto podría al menos explicar fenómenos poco comprendidos, como la expansión acelerada de las galaxias y la rotación acelerada de las galaxias.

En el futuro, los científicos deben continuar realizando experimentos y recopilando datos adicionales para aumentar la precisión de las mediciones relacionadas con el comportamiento de los muones. La idea es trabajar lo más duro posible para reducir las incertidumbres de la teoría actual, el Modelo Estándar, relacionadas con el comportamiento de los muones. Esto puede incluir experimentos en diferentes contextos y con mayor precisión para acumular evidencia más concluyente. Este será el “enfrentamiento final” entre la teoría (Modelo Estándar) y los resultados experimentales.

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Fuentes: El tiempo.

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