Una nueva estimación de la fuerza del campo magnético alrededor del muón, una partícula subatómica similar a un electrón, pero más pesada que él, cierra la brecha entre la teoría y las mediciones experimentales, alineándola con el modelo estándar.que ha guiado la física de partículas durante décadas.
Un artículo que describe la investigación de un equipo internacional de científicos aparece el 8 de abril de 2021 en la revista Naturaleza .
Hace veinte años, en un experimento en el Laboratorio Nacional de Brookhaven, los físicos detectaron lo que parecía ser una discrepancia entre las mediciones del "momento magnético" del muón, la fuerza de su campo magnético, y los cálculos teóricos de cuál debería ser esa medición., lo que plantea la tentadora posibilidad de partículas físicas o fuerzas aún no descubiertas. El nuevo hallazgo reduce esta discrepancia, lo que sugiere que el magnetismo del muón probablemente no es misterioso en absoluto. Para lograr este resultado, en lugar de confiar en datos experimentales, los investigadores simularon todos los aspectos desus cálculos desde cero, una tarea que requiere una potencia de supercomputación masiva.
"La mayoría de los fenómenos de la naturaleza se pueden explicar mediante lo que llamamos el 'modelo estándar' de la física de partículas", dijo Zoltan Fodor, profesor de física en Penn State y líder del equipo de investigación. Podemos predecir las propiedadesde partículas con una precisión extrema basada solo en esta teoría, por lo que cuando la teoría y el experimento no coinciden, podemos emocionarnos de haber encontrado algo nuevo, algo más allá del modelo estándar ".
Para un descubrimiento de nueva física más allá del modelo estándar, existe un consenso entre los físicos de que el desacuerdo entre la teoría y la medición debe llegar a cinco sigma, una medida estadística que equivale a una probabilidad de aproximadamente 1 en 3,5 millones.
En el caso del muón, las mediciones de su campo magnético se desviaron de las predicciones teóricas existentes en aproximadamente 3,7 sigma. Intrigante, pero no lo suficiente como para declarar un descubrimiento de una nueva ruptura en las reglas de la física. Por lo tanto, los investigadores se propusieronmejorar tanto las mediciones como la teoría con la esperanza de conciliar la teoría y la medición o aumentar el sigma a un nivel que permita la declaración de un descubrimiento de nueva física.
"La teoría existente para estimar la fuerza del campo magnético del muón se basó en mediciones experimentales de aniquilación electrón-positrón", dijo Fodor. "Para tener otro enfoque, utilizamos una teoría completamente verificada que era completamente independiente de la dependencia demedidas. Comenzamos con ecuaciones bastante básicas y construimos la estimación completa desde cero ".
Los nuevos cálculos requirieron cientos de millones de horas de CPU en múltiples centros de supercomputadoras en Europa y vuelven a alinear la teoría con la medición. Sin embargo, la historia aún no ha terminado. Pronto se esperan nuevas mediciones experimentales más precisas del momento magnético del muón.
"Si nuestros cálculos son correctos y las nuevas medidas no cambian la historia, parece que no necesitamos ninguna física nueva para explicar el momento magnético del muón; sigue las reglas del modelo estándar", dijo Fodor."Aunque la perspectiva de una nueva física siempre es tentadora, también es emocionante ver que la teoría y el experimento se alinean. Demuestra la profundidad de nuestro conocimiento y abre nuevas oportunidades para la exploración".
La emoción está lejos de terminar.
"Nuestro resultado debe ser verificado por otros grupos y los anticipamos", dijo Fodor. "Además, nuestro hallazgo significa que existe una tensión entre los resultados teóricos anteriores y los nuevos. Esta discrepancia debe entenderse. EnAdemás, los nuevos resultados experimentales podrían estar cerca de los antiguos o más cercanos a los cálculos teóricos previos. Tenemos muchos años de emoción por delante ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Penn State . Original escrito por Sam Sholtis. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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