¿La quinta fuerza de la naturaleza? Los físicos descubren una partícula que se comporta de forma extraña

En 2021, los físicos del Fermilab, el acelerador de partículas que se encuentra en Estados Unidos, realizaron un experimento en el que encontraron muones interactuando con algo invisible. Este año se han vuelto a realizar los experimentos y los resultados han sido los mismos que en 2021: algo está interactuando con los muones.

El físico Brendan Casey, que dirigió el descubrimiento, afirma que el muón podría estar interactuando con otra partícula, otra dimensión o incluso el descubrimiento de una nueva fuerza. Sin embargo, se necesitan más pruebas para seguir investigando lo que se observa en estos datos. El estudio se presentó el jueves a la revista Physical Review Letters. Se trata de otra pregunta abierta en el mundo de la física de partículas.

¿Cuáles son las fuerzas de la naturaleza?

Sabemos que existen cuatro fuerzas en el universo: gravitatoria, electromagnética, débil y fuerte. Cada una de estas fuerzas tiene sus propias escalas de acción específicas, es decir, donde los efectos de la fuerza son evidentes y no pueden ignorarse.

La fuerza electromagnética se debe a la interacción de partículas cargadas. La fuerza fuerte es responsable de la unión de los quarks en neutrones y protones, y la fuerza débil es responsable del proceso de fusión y fisión nuclear. Aunque la energía oscura actúa de forma opuesta a la fuerza gravitatoria, aún no es posible afirmar que se trate de una nueva fuerza en el universo.

Una de las ideas asociadas a la evolución del universo es que en los primeros momentos tras el Big Bang, la temperatura y la energía eran tan altas que las cuatro fuerzas eran una sola. Esta es una de las principales búsquedas de los físicos: comprender cómo se unifican las cuatro fuerzas.

En 1979, los físicos Sheldon Glashow, Abdus Salam y Steven Weinberg recibieron el Premio Nobel por encontrar la unificación de dos de estas fuerzas, la electromagnética y la débil. La unificación recibió el nombre de fuerza electrodébil.

La unificación se hace aún más difícil cuando la gravedad debe unirse a otras tres. Mientras que las otras tres tienen partículas asociadas, la gravedad es la única que permanece sin partículas, y no está bien aceptada dentro de la Mecánica Cuántica.

El origen de la materia

La unificación de las fuerzas electrodébiles permitió comprender cómo se produce esta ruptura de simetría y cómo se separaron. Hoy en día, el Modelo Estándar espera que la masa de los bosones W y Z surgiera cuando se produjo esta ruptura de simetría.

En el Modelo Estándar, la masa se origina debido al campo de Higgs o mecanismo de Higgs. Este mecanismo está directamente relacionado con la interacción de las fuerzas electromagnética y débil. Por lo tanto, es de interés comprender cómo se produjo la separación de todas las fuerzas.

¿Qué son los aceleradores de partículas?

Para responder a estas preguntas se utilizan aceleradores de partículas que, como su nombre indica, aceleran partículas y las hacen colisionar. Las colisiones pueden liberar otras partículas, como fotones y componentes internos.

Esto es lo que hace el Fermilab en sus experimentos. Pero en 2021, encontraron unas partículas llamadas muones que se comportaban de forma diferente a la predicha por el Modelo Estándar. El muón tenía una velocidad diferente a la esperada, lo que indica que tal vez estaba interactuando con algo que aún no se conoce.

¿Será la quinta fuerza de la naturaleza?

Una hipótesis es que el muón interactúa de una forma que aún desconocemos, una quinta fuerza de la naturaleza, distinta de las cuatro que conocemos. Es demasiado pronto para afirmar que estamos cerca de uno de los mayores descubrimientos de la física de los últimos años, pero si se confirma supone una nueva puerta en el mundo de la física de partículas para entender qué ocurrió en los primeros momentos del universo y cómo hemos llegado hasta aquí.