Uno de los misterios más persistentes de la física de partículas podría finalmente resolverse, según sugieren dos nuevos estudios. Las rarezas de los muones, partículas subatómicas emparentadas con los electrones, comienzan a tener sentido.

Los muones tienen un magnetismo interno que los científicos han tenido dificultades para determinar: las mediciones de una peculiaridad magnética de las partículas han chocado durante mucho tiempo con las predicciones teóricas.

Ahora, los científicos informan de la medición más precisa hasta la fecha de esa propiedad, el momento magnético anómalo del muón, que modifica la fuerza de los imanes internos de los muones. Mientras tanto, un equipo de físicos actualizó su predicción teórica de dicha modificación basándose en el modelo estándar, la teoría de gran éxito que describe las partículas subatómicas y sus interacciones. Esta predicción se apartó de la estimación anterior, eliminando la discrepancia de larga data. «Este es otro triunfo del modelo estándar», afirma Bhupal Dev, de la Universidad de Washington en San Luis, quien no participó en los dos estudios.

Es un acontecimiento agridulce para físicos como Dev, que buscan grietas en el inquebrantable modelo estándar con la esperanza de encontrar otra teoría que lo sustituya. La discrepancia entre las mediciones y las predicciones ha inspirado quizás cientos de artículos, muchos de los cuales proponen nuevas teorías que pretenden explicar la discrepancia, afirma Dev. Esas teorías ahora han sido desechadas, frustrando las esperanzas de los físicos que las crearon.

El frenesí comenzó hace casi 25 años, cuando aparecieron los primeros indicios de la discrepancia en un experimento en el Laboratorio Nacional Brookhaven en Upton, Nueva York. Ahora, dice Dev, "finalmente está llegando a su fin".

El magnetismo de los muones hace que se tambaleen al viajar a través de un campo magnético. El experimento Muon g−2 (pronunciado "g menos dos", término usado en ecuaciones para representar el momento magnético anómalo) midió la velocidad de estas oscilaciones en un imán gigante con forma de rosquilla, revelando el momento magnético anómalo.

La nueva medición tiene una incertidumbre de solo 127 partes por mil millones o aproximadamente 13 millonésimas de un por ciento. "Es una de las mediciones más precisas que los humanos hayan hecho sobre nuestro mundo fundamental", dice el físico teórico Tom Blum de la Universidad de Connecticut en Storrs, quien no participó en la medición. La precisión del experimento superó lo que los científicos habían planeado lograr, informaron los investigadores el 3 de junio en un artículo publicado en el sitio web del experimento y durante un seminario científico en Fermilab, en Batavia, Illinois, donde se encuentra el experimento. "Lo hemos logrado", dice el colaborador de Muon g−2 Thomas Teubner, físico teórico de la Universidad de Liverpool en Inglaterra.

El resultado fue consistente con mediciones previas del momento magnético anómalo del muón. Sin embargo, «desde el punto de vista teórico… las cosas han cambiado drásticamente», afirma Blum, miembro de la Iniciativa de Teoría del Muón g−2, que compiló la predicción teórica. Nuevos avances han alineado dicha predicción con las mediciones experimentales, según informa el grupo en un artículo publicado el 27 de mayo en arXiv.org.

El cambio se debe a una parte particularmente compleja del cálculo. Esta parte del cálculo explica un efecto llamado polarización hadrónica del vacío. Para resolver este problema, los científicos se basaban previamente en datos experimentales, recopilados a partir de diversos experimentos que involucraban la colisión de electrones con sus contrapartes de antimateria, los positrones. Sin embargo, un experimento reciente llamado CMD-3, en el colisionador de partículas VEPP-2000 en Novosibirsk, Rusia, frustró esta estrategia basada en datos al discrepar con experimentos anteriores. Esto significó que los datos no se comprendían lo suficientemente bien como para ser utilizados como base para el cálculo.

Como alternativa, los investigadores han calculado el término de polarización hadrónica del vacío desde cero, sin datos de entrada, mediante una técnica denominada cromodinámica cuántica reticular. Esta técnica se basa en la teoría de la cromodinámica cuántica, que describe la interacción de los quarks y los gluones, componentes subatómicos de los protones, neutrones y otras partículas. Para posibilitar estos cálculos complejos, los cálculos de QCD reticular descomponen el espacio y el tiempo en una cuadrícula y suelen emplear potentes supercomputadoras.

Es importante destacar que, cuando se utiliza el valor QCD de red para la parte complicada del cálculo del momento magnético anómalo del muón, la predicción coincide con la medición experimental y se resuelve el enigma.

Sin embargo, los nuevos resultados no lo concluyen todo con un broche de oro. Los científicos aún no comprenden por qué los resultados del experimento CMD-3 no coinciden con los de experimentos anteriores. Ahora, los físicos buscan refinar la predicción, trabajando tanto para resolver dicha discrepancia como para mejorar los cálculos de QCD de red. "Este es un asunto muy urgente que la comunidad se está tomando en serio", afirma la física teórica Aida El-Khadra, de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, líder de la Iniciativa de Teoría del Muón g−2.

Este desarrollo destaca el creciente impacto de la QCD en red. Esta técnica ha permitido realizar una amplia variedad de cálculos de física de partículas, como determinar el origen de la masa de los protones. El cálculo del muón g−2 es otro éxito de la técnica. «Este es un paso más en un campo de resultados consolidado», afirma El-Khadra. Ahora, la QCD en red está en pleno auge.

Citas

R. Aliberti et al . El momento magnético anómalo del muón en el Modelo Estándar: una actualización . arXiv:2505.21476. Enviado el 27 de mayo de 2025.

Colaboración Muon g−2. Medición del momento magnético anómalo positivo del muón a 127 ppb .

Por Emily Conover​

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