Los científicos de Fermilab han publicado los resultados finales de un experimento Muon G-2 a largo plazo bajo el Departamento de Energía de los Estados Unidos, logrando una precisión sin precedentes al medir las anomalías magnéticas de la Luna.
Este resultado concluyente, entregado con una precisión de 127 partes por billón de por ciento, excede los objetivos de diseño originales del proyecto y revisa los hallazgos anteriores publicados en 2021 y 2023.
El experimento Muon G-2 investiga las propiedades básicas de las partículas subatómicas similares a los electrones, pero es 200 veces más pesado. Al igual que los electrones, la luna tiene giro y actúa como un pequeño imán tambaleándose en un campo magnético.
La medición de esta velocidad de bamboleo o precesión da un valor conocido como anomalía magnética. Esto es importante para probar las limitaciones del modelado estándar en física de partículas.
Muon G-2: un legado de precisión e innovación
El origen del Muón G-2 volvió a experimentos anteriores en el Laboratorio Nacional de Brookhaven en la década de 1990 y principios de la década de 2000, lo que sugiere una posible contradicción entre los resultados experimentales y las predicciones teóricas.
Esto condujo a preguntas de apetito sobre la existencia de partículas o fuerzas desconocidas. Esta es una ventana a la «nueva física» que va más allá del modelo estándar.
Para resolver con mayor precisión estas preguntas, los anillos de almacenamiento magnético de Brookhaven fueron transportados en todo el país en 2013 a Fermilab, Illinois.
Después de una actualización integral, el experimento se reanudó oficialmente en 2017, con el objetivo de mejorar drásticamente la precisión.
Se confirma el resultado final, pero la brecha se reducirá
Los últimos resultados de Fermilab extraídos de los datos recopilados entre 2021 y 2023 integran los beneficios de conjuntos de datos anteriores y mejoras importantes para el diseño experimental.
Los valores actualizados para las anomalías magnéticas de Muon son:
Aμ = (G-2)/2 (Muon, Experiment) = 0.001 165 920 705 +-0.000 000 000 114 (Stat.)
+-0.000 000 000 091 (Syst.)
Esta medición existe como la determinación más precisa de esta cantidad hasta la fecha. Este conjunto de datos fue más de tres veces más grande que el utilizado en la versión 2023, e incorporó una mejor calidad del haz y una incertidumbre reducida.
Los valores finales coinciden con los resultados experimentales anteriores, pero complican la narrativa más amplia. Inicialmente, la contradicción entre los valores experimentales y teóricos sugirió fuertemente una nueva física.
Sin embargo, la recalculación teórica reciente utilizando métodos computacionales avanzados publicados por la iniciativa teórica de Muon G-2 abordó los resultados experimentales y redujo la brecha.
Teoría: en evolución del paisaje
Los físicos teóricos han trabajado en paralelo para mejorar las predicciones de las anomalías magnéticas de Moon.
En 2020, las principales actualizaciones basadas en datos de otros experimentos profundizaron la inconsistencia con las mediciones iniciales de Fermilab. Sin embargo, los nuevos cálculos que dependen en gran medida de los métodos computacionales han reorganizado teorías que están cerca de los datos observados.
A pesar de esta constricción de contradicción, la situación sigue sin resolverse. Actualmente, hay dos modelos teóricos competidores (uno basado en datos, un cálculo) que tienen diferentes influencias en la nueva física.
Los experimentos de Muon G-2 actualmente sirven como un punto de referencia importante para evaluar estos enfoques, y la investigación teórica futura tiene como objetivo ajustarlos.
La colaboración internacional promueve el éxito
La colaboración de Muon G-2, que consta de 176 científicos de 34 instituciones en siete países, refleja la extraordinaria convergencia de la experiencia.
A diferencia de la mayoría de los experimentos de física de alta energía, Muon G-2 retrató una amplia gama de expertos, no solo físicos de partículas, sino también aceleradores, átomos y expertos en física nuclear.
Este trabajo en equipo interdisciplinario nos ayudó a lograr un refinamiento técnico y un éxito final en nuestros experimentos.
Las características integrales e internacionales del proyecto demuestran la naturaleza global de los descubrimientos científicos modernos y la importancia de la innovación colaborativa para responder algunas de las preguntas más fundamentales de la física.
¿Qué sigue para Muon Research?
El experimento Muon G-2 de Fermilab concluye un análisis importante, pero el legado de los datos continúa.
Los estudios futuros investigarán otras propiedades de Muon, como momentos dipolares eléctricos y posibles violaciones de carga, paridad e simetría de inversión de tiempo.
Los experimentos de seguimiento en el Complejo de Investigación del Acelerador de Proton Japonés (J-PARC) a principios de la década de 2030 tienen como objetivo volver a visitar la anomalía magnética del muón. Sin embargo, inicialmente funciona con una precisión menor que los resultados de la configuración de referencia de Fermilab.
Mientras tanto, la iniciativa teórica resuelve las discrepancias entre las predicciones competidoras y garantiza que la precisión lograda por Muong G-2 seguirá siendo una prueba central del modelo teórico durante los próximos años.
Muon G-2: puntos de referencia futuros
Los resultados finales del experimento Muon G-2 son más que solo números. Es la culminación de décadas de investigación científica, un modelo de cooperación internacional y un nuevo estándar de precisión experimental.
La brecha estrecha entre la teoría y los experimentos facilita la emoción temprana sobre la nueva física potencial, pero fortalece a Muon como una poderosa sonda de estructuras reales, confirmando la resistencia del modelo estándar frente al escrutinio sin precedentes.
La historia de Muon G-2 no termina aquí. Solo ingresa a un nuevo capítulo en búsqueda para comprender el universo en el nivel más básico.
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