Tenemos la primera pista sobre una "quinta fuerza" en el universo. Y las implicaciones son brutales para la física

Desde hace unos años los físicos sospechan que las cuatro interacciones o fuerzas fundamentales conocidas (fuerzas electromagnética, nuclear fuerte, nuclear débil, e interacción gravitatoria) podrían tener una quinta compañera que escapaba aún a nuestra comprensión. Los últimos resultados de Fermilab parecen secundar esta hipótesis.

Nuevas pruebas. Los investigadores del experimento Muon g-2, del centro de investigación estadounidense Fermilab han anunciado recientemente pruebas que podrían señalar hacia la existencia de una quinta interacción fundamental. Lo que es más, el equipo asegura que los resultados podrían llevar al descubrimiento de esta quinta fuerza en un par de años.

El descubrimiento implicaría un cambio importante en el Modelo Estándar de la física de partículas, uno de los pilares de nuestra comprensión sobre los fenómenos físicos que rigen el universo, especialmente las interacciones entre partículas subatómicas. Todo ello propiciado por una de estas partículas: los muones.

Los resultados son sucesores de los anunciados hace dos años por el laboratorio estadounidense. En aquella ocasión los resultados ya señalaban la posibilidad de que existiera algún fallo en el modelo, si bien las pruebas compiladas entonces eran mucho menores.

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Muones rebeldes. Los investigadores hablan de evidencia fuerte, pero no concluyente de la existencia de esta quinta fuerza. La clave está en las partículas subatómicas llamadas muones, un tipo de partícula fundamental semejante a un electrón (ambos son categorizados como leptones y cuentan con idéntica carga y espín) pero de mayor masa.

Lo que los investigadores han observado es que estos muones no se comportan como prevé el modelo teórico (el Modelo Estándar). Esta discrepancia es suficientemente importante como para que los responsables del experimento tengan cierto nivel de confianza con respecto al potencial hallazgo, pero se da una circunstancia curiosa, y es que el nivel de incertidumbre asociado a la teoría fue revisado al alza recientemente. Esto ha hecho que la discrepancia perdiera valor estadístico.

Los investigadores creen que durante los próximos dos años tanto avances en la teoría como en los experimentos permitan afianzar esta discrepancia y con ello poder hablar de pruebas concluyentes.

Resumen de resultados experimentales. Fermilab.

G menos dos. Los resultados han sido obtenidos a través del Muon g-2 (pronunciado ‘g’ menos dos), uno de los experimentos con los que cuenta Fermilab en sus instalaciones. El experimento aceleraba estas partículas a altísimas velocidades (una fracción significativa de la velocidad de la luz) para hacerlas después “tambalearse”. Y lo hacían más de lo esperado.

Los detalles sobre  estos nuevos resultados y sobre cómo se han logrado han sido remitidos para su publicación a modo de artículo en la revista Physical Review Letters. Los datos corresponden a la segunda y tercera iteraciones del experimento g-2, llevadas a cabo en 2019 y 2020 (mientras que los datos publicados en 2021 correspondían a la primera iteración, llevada a cabo en 2018).

Los resultados han afinado las estimaciones obtenidas en la primera iteración hasta doblar en precisión a esta primera medida. La gran cantidad de datos compilados y algunas mejoras técnicas, por ejemplo al hacer más estables los campos magnéticos del experimento, han sido algunos de los cambios que han permitido este avance.

La búsqueda de la “nueva física”. La existencia de una quinta forma de interacción fundamental podría poner patas arriba la física contemporánea y servir de vía de entrada a la tan ansiada “nueva física”. Hace tiempo que los físicos tienen constancia de fenómenos que no resultan explicables para los modelos aceptados como “estándar”.

Ejemplo de ello son la materia oscura y la energía oscura. Sobre ellas no sabemos gran cosa salvo por sus efectos sobre el movimiento de las galaxias. Hablar de una relación entre estas ideas y la (por ahora) hipotética quinta fuerza es de momento especulación, pero atar este tipo de cabos es una de las grandes esperanzas de la física moderna.

Descifrar los secretos de la “nueva física” sólo es posible estudiando los fenómenos donde los modelos actuales fallan. Fallos como el del muón son raros y por eso extremadamente valiosos. El primer paso será confirmarlos con mayor grado de certeza. Lo que venga después será un misterio, quizá uno de los más importantes para la ciencia.

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Imagen | Fermilab