El modelo estándar de la física de partículas es una auténtica proeza. Se desarrolló en varias etapas durante la segunda mitad del siglo pasado gracias al esfuerzo conjunto de cientos de científicos, y nos ha deparado hitos inmensos. De hecho, hasta ahora ha funcionado tan bien, ha descrito con tanta precisión la interacción de las partículas que conocemos, que a los físicos les está costando mucho ir más allá.
Y es imprescindible hacerlo si queremos elaborar nueva física debido a que el modelo estándar no lo explica todo. Ni mucho menos. De hecho, los físicos están convencidos de que 'solo' describe aproximadamente el 5% del universo, por lo que hay un vasto conocimiento ahí fuera que actualmente queda lejos de nuestro alcance. Ir más allá de la mejor teoría de la física que tenemos requiere encontrar fisuras en ella, y, afortunadamente, poco a poco van apareciendo.
El físico y divulgador científico Javier Santaolalla describió con precisión durante la conversación que mantuve con él a principios de 2019 por qué el modelo estándar es nuestra mejor herramienta, y, a la par, nuestra mayor barrera en la búsqueda de la tan ansiada nueva física a la que inevitablemente tenemos que acceder para ampliar nuestro conocimiento acerca de las leyes que rigen el universo:
«El bosón de Higgs ha apuntalado el modelo estándar, y esto es un problema porque esta teoría es tan perfecta, esférica y sin fisuras que no tenemos ninguna pista acerca de cómo puede ser la siguiente capa. Y esto es un desafío porque hasta ahora hemos conseguido avanzar gracias a que hemos sido capaces de ver fallos en nuestras teorías. Solo puedes inmiscuirte en las zonas oscuras en las que no ha entrado tu teoría cuando encuentras un hueco en ella por el que puedes entrar».
La discrepancia en la masa del bosón W puede ser lo mejor que le ha pasado a la física
Como nos ha explicado Javier, dar con fisuras en el modelo estándar es extremadamente complicado. Y lo es porque requiere llevar a cabo experimentos muy complejos que requieren la toma de medidas extraordinariamente precisas. Aun así, poco a poco los físicos están consiguiendo recorrer este camino.
Hace exactamente un año, en abril de 2021, Fermilab, el laboratorio nacional de física de altas energías de Estados Unidos, dio a conocer evidencias muy sólidas de la debilidad del modelo estándar con las que había tropezado al intentar explicar los resultados que obtuvo en el experimento Muon g-2.
Durante esta prueba los muones, que son unas partículas con carga eléctrica negativa, como los electrones, pero con una masa superior, no se comportaron como predecía nuestra teoría más sólida. Las medidas que recogieron experimentalmente los físicos de Fermilab fueron tan precisas que aseguraron estar razonablemente convencidos de que el muon se estaba viendo influenciado por algo que no explica el modelo estándar.
Lo sorprendente es que este escenario acaba de repetirse con un experimento diferente, que, de nuevo, ha sido llevado a cabo en el acelerador de partículas de Fermilab. No obstante, en la recogida de los datos y el análisis de los resultados han intervenido cientos de físicos de más de veinte países diferentes, entre los que se encuentran científicos españoles del CIEMAT y del Instituto de Física de Cantabria.
En el artículo que han publicado hace unas horas en la revista Science, los físicos que han participado en el análisis de los resultados de este experimento describen una discrepancia muy significativa entre la masa del bosón W que predice el modelo estándar y la que han medido utilizando el detector CDF II de Fermilab. Este instrumento les ha permitido tomar la medida más precisa que tenemos hasta ahora de la masa de esta partícula, y, sorprendentemente, es mayor de lo que esperaban.
El bosón W es, junto al Z, una de las partículas responsables de la mediación que tiene lugar en la interacción nuclear débil, que es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza junto a la interacción electromagnética, la gravedad y la interacción nuclear fuerte. Los físicos suelen colocar a este mismo nivel el campo de Higgs, que es otra interacción fundamental que explica cómo las partículas adquieren su masa, pero para facilitar su comprensión los textos suelen recoger como fuerzas fundamentales las cuatro que acabo de mencionar.
La interacción nuclear débil es la responsable de la desintegración radiactiva de las partículas subatómicas, y, curiosamente, los bosones W y Z que intervienen en ella son más pesados que los protones y los neutrones que podemos encontrar en el núcleo de los átomos. De hecho, la masa del bosón W es unas 80 veces mayor que la de un protón. La recogida de los datos de este experimento se ha prolongado durante veintiséis años, y en su análisis los físicos han invertido otros diez años más.
En cualquier caso, lo más importante es que esta carrera de fondo ha arrojado, como he mencionado unos párrafos más arriba, una disparidad significativa entre la predicción del modelo estándar y la masa medida en Fermilab. Aún es necesario que este resultado sea refrendado por otro experimento, pero si finalmente se confirma que el modelo estándar tiene esta fisura habremos dado un paso importante en la búsqueda de nueva física.
Como nos ha explicado Javier Santaolalla en las primeras líneas de este artículo, «hasta ahora hemos conseguido avanzar gracias a que hemos sido capaces de ver fallos en nuestras teorías. Solo puedes inmiscuirte en las zonas oscuras en las que no ha entrado tu teoría cuando encuentras un hueco en ella por el que puedes entrar». Confiemos en que, efectivamente, este sea uno de los huecos que los físicos buscan con ahínco desde hace muchos años.
Imágenes | Fermilab
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