Avance en la investigación de muones: ¡Se logra la precisión del momento magnético!

Avance en la investigación de muones: ¡Se logra la precisión del momento magnético!

El 3 de junio de 2025, la colaboración Muon g-2 presentó su tercera y última medición del momento magnético anómalo del muón. Este nuevo análisis llegó a un valor experimental de aμ = (g−2)/2 = 0,001 165 920 705 ± 0,000 000 000 148 y superó los objetivos iniciales con una precisión inesperadamente alta de 127 partes por mil millones. Esto demuestra avances notables en la medición de precisión, que desempeñan un papel importante en la física de partículas moderna.

Las mediciones se llevaron a cabo en el Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi (Fermilab) e incluyen datos de una fase de investigación de seis años que duró hasta el 9 de julio de 2023. Durante este período, se midieron más de 308 mil millones de muones, y la precisión de la medición mejoró de 200 a 127 partes en mil millones. El Prof. Dr. Martin Fertl de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia es el único investigador alemán en la colaboración internacional Muon g-2, que reúne a casi 180 científicos de 37 instituciones en siete países.

Una mirada al experimento del muón g-2

El experimento Muon g-2 rastrea la precesión del momento magnético de los muones, que son similares a ellos pero unas 200 veces más pesados ​​que los electrones. Estas partículas fundamentales tienen una vida útil relativamente corta y propiedades prolongadas que se ven afectadas por las fluctuaciones del vacío. Estas fluctuaciones también son la causa de la desviación actual del momento magnético anómalo, que se desvía aproximadamente un 0,1% del valor teórico. El experimento utiliza un anillo magnético superconductor de 14 metros de diámetro para analizar los muones en condiciones controladas.

Los últimos resultados son consistentes con mediciones anteriores de 2021 y 2023, pero ofrecen datos nuevos y más precisos. La Muon g-2 Theory Initiative ha publicado simultáneamente nuevas predicciones para el momento magnético anómalo, que dan un valor teórico de aμ = (g−2)/2 = 0,001 165 920 33 ± 0,000 000 000 62 basado en cálculos de QCD de red. Este acuerdo podría aportar evidencia de que existen fenómenos físicos que van más allá del Modelo Estándar.

Conexiones con la materia oscura

La investigación sobre el momento magnético anómalo también podría proporcionar importantes conocimientos sobre la materia oscura, que se considera el componente básico de las estructuras del universo. Los físicos buscan materia oscura utilizando dos métodos: mediante experimentos directos en aceleradores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones, y mediante estudios indirectos de procesos físicos conocidos que requieren precisión. Las mediciones en Fermilab han demostrado que los muones son capaces de buscar partículas virtuales en el vacío y, por lo tanto, potencialmente descubrir nuevas partículas que podrían formar materia oscura.

Los experimentos en Fermilab también han revolucionado la comprensión de los cálculos teóricos que en el pasado divergían de las observaciones. En el estudio más reciente, surgieron nuevos conocimientos a partir de una consideración más detallada de las fluctuaciones del vacío, lo que hizo que las desviaciones del modelo estándar fueran más comprensibles.

Aunque el experimento Muon g-2 ya está completo, aún podría servir como punto de referencia para futuras mediciones. Está previsto realizar otro experimento en Japón para proporcionar datos adicionales, aunque con menor precisión, en la década de 2030. El desafío es interpretar los resultados y encontrar respuestas a las preguntas planteadas por los últimos resultados, incluida la necesidad de aclarar por qué no se descubrieron nuevas partículas en el LHC.

Las recientes revelaciones y avances en física teórica dejan claro que los resultados a veces contradictorios de los experimentos con el muón g-2 y el LHC podrían conducir a una fase apasionante en la física de partículas en la que se cuestionarán viejas teorías y se desarrollarán nuevas ideas para comprender mejor el universo y sus fuerzas fundamentales.

Por último, pero no menos importante, la colaboración Muon g-2 define el camino para futuros descubrimientos científicos y avanza en la comprensión de conceptos físicos fundamentales que van más allá de lo que antes dábamos por sentado.

Puede encontrar más información y detalles sobre el estudio aquí. aquí, sobre el papel de la materia oscura aquí y discutir la búsqueda de nuevas partículas. aquí.