¿Realment s’ha descobert la ‘cinquena força de la naturalesa’?

Un experiment amb partícules anomenades muons ha donat resultats que discrepen amb l’actual teoria física de l’univers, el model estàndard.

La troballa del laboratori Fermilab de Batavia (Chicago), publicat a la revista Physical Review Letters, es va publicitar com el descobriment d’una «cinquena força de la naturalesa». 

En realitat, la discrepància es podria explicar amb l’existència de partícules desconegudes, possiblement de matèria fosca. L’existència d’una força (o més d’una) diferent de les quatre conegudes és una altra explicació possible, però menys probable. 

Tampoc és segur que hi hagi discrepància. Les dades experimentals i prediccions teòriques s’han de millorar. Només amb números més precisos es confirmarà si encara hi ha diferència.  

¿Quina discrepància s’ha observat?

El protagonista de l’experiment és el muó, una partícula de la família de l’electró. Els muons es troben en els rajos còsmics que colpegen la Terra constantment, produïts per esdeveniments còsmics. 

Aquestes partícules tenen un minúscul camp magnètic que es pot imaginar com l’agulla d’una brúixola. Les característiques d’aquest camp depenen de les interaccions dels muons amb altres partícules, que es formen i s’aniquilen contínuament en el buit que els envolta. Aquestes interaccions es reflecteixen en un paràmetre anomenat anomalia giromagnètica.

L’últim experiment (Muó g-2) ha mesurat aquest número i ha trobat un resultat diferent del que preveia la teoria. Això suggereix que, en aquest «núvol de partícules» que envolta el muó, podria haver-hi alguna de desconeguda que fins i tot podria estar relacionada amb una força nova. 

¿Com s’ha observat?

Els primers indicis de la discrepància es van obtenir el 2001 en un experiment a Nova York. L’enorme anell metàl·lic de la màquina experimental de Nova York es va transportar en barco i camió fins al FermiLab. 

En el muó g-2 hi ha dues novetats: l’anomalia giromagnètica es pot mesurar de manera més precisa i el seu valor teòric s’ha calculat millor. I les dues xifres continuen sense coincidir.

«S’ha equipat l’estructura amb imams millorats perquè la tecnologia ha avançat», explica Giovanni Cantatore, investigador de la Universitat de Trieste i de l’Institut Nacional de Física Nuclear italià (INFN), implicat en l’experiment.

A FermiLab es produeix artificialment un feix de muons que s’injecta a l’anell. Mentre corren en cercle, les «agulles magnètiques» dels muons fan com el moviment d’una baldufa: dona voltes sobre el seu eix mentre gira (precessió). De la mesura d’aquest moviment es pot treure l’anomalia giromagnètica. El moviment es registra indirectament, deduint-lo de les trajectòries de les partícules que els muons emeten quan es desintegren. 

Quant al valor teòric de l’anomalia giromagnètica, la seva estimació actualitzada es va publicar l’any passat en un article firmat per més de 100 autors. «[Per estimar-lo] has de calcular totes les interaccions possibles de les partícules amb els muons», explica Pere Masjuan, investigador de l’Institut de Física de les Altes Energies (IFAE-UAB) i coautor d’aquest treball. 

¿Si es confirmés, què implicaria?

Notícies relacionades

¿Quant viuen els gats?

L’encaix constitucional de la llei d’amnistia

«Si es confirmés la discrepància, implicaria que el catàleg d’interaccions dels muons amb el bany de partícules quàntic no és suficient i cal considerar noves partícules o forces», afirma Cantatore. La nova partícula podria ser un component de la matèria fosca. Aquesta matèria és de composició desconeguda i la seva existència només es detecta pel seu efecte en el moviment de les galàxies. Una altra possibilitat és que la nova partícula estigués associada amb una nova força (de la mateixa manera que els fotons estan associats amb la força electromagnètica). Cantatore creu que és improbable. «Qualsevol nova força hauria de complir amb unes condicions molt restrictives: ser molt feble i actuar en distàncies molt petites», explica. 

¿Què falta per confirmar-la? 

Els científics de muó g-2 encara no han analitzat una quantitat suficient de dades per confirmar el descobriment. A aquest objectiu s’arribarà en uns tres anys. El càlcul teòric tampoc està exempt d’incerteses, segons observa Bruce Schumm, físic de la Universitat de Califòrnia a Santa Cruz, no implicat en l’experiment. Ell es basa en aproximacions que podrien corrompre el resultat. Falta desenvolupar mètodes que apuntalin l’estimació teòrica.