Equipo  de físicos descubren la quinta fuerza de la naturaleza que cambiaría las leyes de la física, basada en muones

Estas partículas podrían explicar la energía oscura y la expansión del universo

Por Luis Alberto Pintado Córdova

¿Qué son los muones?

El muón es una partícula elemental, lo que significa que no se descompone en otras partículas. Actualmente solo se encuentra en los rayos cósmicos y en los laboratorios. No existe de forma permanente en el universo, pues su existencia es muy efímera (2,2 microsegundos).

La tomografía de muones permite descubrir dos cavidades secretas en la Pirámide de Keops - Foro Nuclear
Ilustración artística de un “bombardeo” de muones sobre la superficie terrestre (Imagen: CEA)

Tomografía con muones

Los muones atmosféricos producidos por los rayos cósmicos son una de las formas naturales de radiación a la que estamos expuestos diariamente. Hasta las últimas décadas, su estudio se centraba en entender su origen y propiedades, pero se está también investigando posibles aplicaciones, desde radiografiar pirámides hasta detectar restos radiactivos para realizar limpiezas y reparaciones.

La masa del muón es muy pequeña, pero casi 200 veces mayor que la del electrón: 0,106 GeV. Debido a su alta masa, los muones tienen gran capacidad de penetración. Son capaces de penetrar la roca varios metros antes de detenerse. Aunque muchos se crean en las capas altas de la atmósfera, pueden de atravesarla hasta alcanzar la superficie de la tierra. Su flujo no es muy grande (alrededor de un muón por centímetro cuadrado por minuto al nivel del mar), pero nos llegan continuamente. En total representan unos 0.39 mSv (miliSievert) de los alrededor de 3 mSv a los que estamos expuestos anualmente.

Un poco de historia 

La tomografía de muones permite descubrir dos cavidades secretas en la Pirámide de Keops
El equipo de científicos preparando el telescopio de muones (Imagen: ScanPyramids)

Durante años, los físicos han estudiado esta radiación para intentar entender qué la origina y cuáles son sus características. Mientras tanto, se buscan aplicaciones prácticas. Una de las primeras aplicaciones de los muones atmosféricos la realizó el premio Nobel americano Luis Álvarez, que los utilizó para hacer una radiografía de la de la pirámide de Khafre en Giza, Egipto. Colocó cámaras de detección bajo la pirámide que medían el flujo que le llegaba de distintas direcciones. Las diferencias de flujo indicarían la existencia de cavidades o cámaras escondidas en la pirámide. En 1969, tras explorar el 20% de la pirámide, no se encontró ninguna evidencia de que tales cámaras existieran.

Fig. 2. Experimento de L. W. Álvarez. Cortesía Jacques Marteau.
Experimento de L. W. Álvarez. Cortesía Jacques Marteau.

Desde entonces los muones se han utilizado para más cosas, como por ejemplo obtener imágenes de la estructura de los volcanes e intentar predecir erupciones. Pero lo que han propuesto recientemente Guz Jonkmans et al. (arXiv) es utilizar los muones para analizar los residuos nucleares o intentar descubrir material nuclear escondido en grandes contenedores. Al atravesar materiales de alto número atómico (como plutonio y uranio), la dispersión sufrida por los muones  es mayor. La idea es detectar los muones antes de pasar por el contenedor, para después calcular el ángulo de dispersión. Con estos datos se puede llegar a medir el contenido de estos contenedores, y aunque puede haber problemas de resolución se consigue realizar imágenes del interior.  En el caso de almacenes nucleares se pueden obtener imágenes detalladas de los residuos nucleares dentro del almacén.

La central nuclear de Fukushima Daiichi: nueve años sin luz al final del túnel | Nippon.com
La central nuclear de Fukushima. Nippon

Medidas del estado del reactor nuclear en Fukishima

Un grupo de científicos japoneses ha completado con éxito un programa piloto que les permitirá utilizar los muones de los rayos cósmicos para determinar la ubicación de combustible nuclear dentro de la central de Fukushima.

El programa se realizó en la central nuclear de Ibaraki, que estuvo fuera de servicio desde febrero de 2012 hasta el mes pasado. Mientras que algunas sustancias alteran ligeramente la vía de los muones, otras los bloquean por completo, concretamente el uranio y el plutonio que se usan como combustible nuclear. Las desviaciones como resultado de este efecto son específicas, coherentes y bien conocidas por los científicos. Mediante mediciones se puede obtener los contornos de las sustancias que impiden el paso de los muones, y crear un mapa tridimensional para detectarlas.

Conclusión de los muones

Las partículas de muones llegan continuamente a la Tierra a una velocidad parecida a la de la luz y a un flujo de unas 10.000 partículas por m2 / minuto. Son 100 veces más pesadas que los electrones.

Los muones se producen por las interacciones de los rayos cósmicos creados en el Universo con los átomos de la atmósfera superior. Estas partículas traspasan fácilmente la materia, interactuando ligeramente con los materiales más densos. La obtención de imágenes de muones, por lo tanto, permite distinguir los grandes contrastes de densidad a través incluso de una barrera gruesa de rocas.

Fuentes:

Astrojem, La Hora Cero

Foro Nuclear. Foro de la Industria Nuclear Española

Descubrimiento científico de la quinta fuerza fundamental de la naturaleza basados en los muones

Un equipo de investigadores físicos presentan evidencias sólidas de un descubrimiento científico de señales de una quinta fuerza fundamental de la naturaleza. Los resultados del experimento apunta a un futuro donde se crearán “nuevas leyes de la física, nuevas partículas y una nueva fuerza que no hemos visto hasta la fecha”, señalan los estudiosos.

  • La búsqueda iniciada por Fermilab, un laboratorio de aceleración de partículas, se ha podido observar la quinta fuerza de la naturaleza, los muones, los cuales podrían suponer una importante revolución en la Física.
  • La importancia científica reside en que, detrás de las partículas fundamentales se esconden cuestiones tan importante como el magnetismo, por lo que su comprensión podría dar respuesta a otros enigmas, como la energía oscura del universo.
g-2 experiment
REIDAR HAHN / FERMILAB Pie de foto, El experimento se realizó en el Fermilab.

En cada momento de nuestras vidas las fuerzas de la física juegan roles importantes, ya que son las responsables de cosas tan cotidianas como mantener en pie a los imanes pegados en la puerta del refrigerador o algo tan complejo e importante como mantener las órbitas de los planetas.

En la Física existen 4 fuerzas fundamentales que están detrás de movimientos tan importantes como las órbitas de los planetas u otros más cotidianos, como que el frigorífico mantenga en pie a los imanes pegados a su puerta.

Las fuerzas experimentadas a diario solo se reducen en cuatro categorías:

  1. Fuerza gravitacional: Interactúa la partícula gravitón.
  2. Fuera electromagnética: Interactúa la partícula fotón.
  3. Fuerza nuclear fuerte: Interactúa la partícula gluon.
  4. Fuerza nuclear débil: Posee una interacción de partículas de botones, W y Z concretamente.

Estas son las responsables en determinar la manera en que los objetos y las partículas en el universo interactúan entre sí.

Zeox: Cumplen 30 años los Bosones W y Z
“Los bosones W y Z son las partículas mediadoras de la interacción nuclear débil, una de las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza. Son tres tipos de partículas fundamentales muy masivas que se encargan en general de cambiar el sabor (tipo de composición quarks) de otras partículas, los leptones y los quarks. Fueron descubiertas en el CERN, en 1983; aunque su existencia y características generales habían sido predichas mucho antes. El bosón W recibe ese nombre de la palabra inglesa ‘weak’, por la interacción débil a la que caracteriza. El bosón Z puede haber recibido ese nombre por ser el último de los tres en descubrirse, o tal vez por tener carga eléctrica ‘cero’, (“zero” en inglés). En español también se suelen conocer como ‘bosones intermedios’.”

Los bosones –W y Z, concretamente– son unas de las partículas implicadas más conocidas y las responsables de la interacción débil; el gluon, de la interacción fuerte; el fotón, del electromagnetismo, y el gravitón, respecto a la gravedad.

Detrás de todas estas interacciones, se esconden rutinas de la física de vital importancia, como la unión de los átomos, la radiactividad, la atracción de objetos con masa o la existencia de campos magnéticos y electricidad.

Hasta ahora, estas 4 fuerzas regían el mundo de los físicos, pero un nuevo estudio ha hallado una nueva fuerza, la quinta, en el Fermilab, un laboratorio de aceleración de partículas, del departamento de Energía de Estados Unidos, lo que supondría una revolución en la Física, casi sin precedentes.

Sin embargo, esto está por cambiar ya que mediante el experimento Muon g-2, realizado en el laboratorio de aceleración de partículas del Departamento de Energía de Estados Unidos, el equipo afirmó haber descubierto señales de una quinta fuerza fundamental de la naturaleza, se trata de los muones.

Muon g-2 Experiment at Fermilab Finds Hint of New Particles | Quanta Magazine
Today’s long-anticipated announcement by Fermilab’s Muon g-2 team appears to solidify a tantalizing conflict between nature and theory. But a separate calculation, published at the same time, has clouded the picture.

Mediante Muon g-2, el equipo analizó el comportamiento de los muones, son partículas subatómicas que solo existen durante breves fracciones de segundos. Estas fueron lanzadas dentro de un acelerador en forma de anillos al que se aplica un campo magnético.

Los expertos señalan que según las leyes de la física del Modelo Estándar, la teoría más aceptada, los muones se deberían haber tambaleado a una cierta velocidad. Sin embargo, estos lo hicieron a un ritmo mucho más rápido.

Según el Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología del Reino Unido (STFC) este resultado “proporciona una fuerte evidencia de la existencia de una partícula subatómica, o una nueva fuerza que aún no ha sido descubierta“.

“Determinar el comportamiento sutil de los muones es un logro notable que guiará la búsqueda de la física más allá del Modelo Estándar en los próximos años”, ha explicado en un comunicado de prensa Joe Lykken, director adjunto de investigación de Fermilab. “Este es un momento emocionante para la investigación de la física de partículas, y Fermilab está a la vanguardia”. 

Una revolución en la Física

El experimento ha supuesto una gran agitación entre la comunidad científica, que ha planteado que esta quinta fuerza podría estar implicada en procesos fundamentales, como la expansión del universo, que hasta ahora se ha explicado por la energía oscura, un fenómeno enigmático aún.

De esta forma, para visualizar esta quinta fuerza –que tiene 200 veces la masa del electrón– utilizaron este laboratorio vanguardista para producir muones, pudiendo observar la dirección del mismo, así como su velocidad, determinada por la fuerza del imán interno de la megalómana construcción.

La extraordinaria  y  costosa máquina fue transportada desde Long Island hasta Chicago, en Estados Unidos, para aprovechar el acelerador de partículas del Fermilab, consiguiendo el más intenso del gigante norteamericano, cuenta con un óptimo equipo científico.

Este descubrimiento, permite a la Física comienzar a entender algunas cuestiones fundamentales, aunque habrá que esperar a que las mentes humanas sean capaces de descifrar los grandes enigmas del universo, como esta quinta fuerza, los muones, que podrían estar detrás de la energía oscura y del crecimiento exponencial de la historia universal en el campo científico.

Fuentes:

Futuro 360 – Modo Épico

Business Insider

Revista Científica

¡Se ha Descubierto una Nueva Fuerza de la Naturaleza! Ridddle ES

Todo sobre la QUINTA FUERZA. El Bosón Oscuro. Date un Vlog.

https://www.youtube.com/watch?v=pKK_I1d2tgI

NUEVOS DESCUBRIMIENTOS] Los resultados del experimento Muon G2. El universo de la cultura

 

16 Comentarios

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  1. Es interesante ver como, en los últimos años los descubrimientos científicos nos acercan un poco a las películas futuristas. Si estos muones logran ser comprendidos y están involucrados en el magnetismo, también podrían tener implicancia en la gravitación, lo cual podría servir para dirigirla; esto podría dar paso a que en 5 años o menos veamos carros voladores.
    excelente artículo

  2. En el mundo de la física cuántica se está hablando fuertemente de 7 dimensiones según la teoría de cuerdas
    Angelo G Cel.

  3. Impresionante descubrimiento, es increíble como esta quinta fuerza de la naturaleza puede explicar la aceleración del universo. Estas partículas subatómicas inestables, similares a los electrones han sido utilizadas para el análisis de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, y podrían cambiar las leyes de la física. Esperamos que estos físicos y toda la comunidad científica siga trabajando en ello, dando aportes tan importantes para el mundo.

  4. Los expertos señalan que según las leyes de la física del Modelo Estándar, la teoría más aceptada, los muones se deberían haber tambaleado a una cierta velocidad. Sin embargo, estos lo hicieron a un ritmo mucho más rápido. Según el Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología del Reino Unido (STFC) este resultado “proporciona una fuerte evidencia de la existencia de una partícula subatómica, o una nueva fuerza que aún no ha sido descubierta“.
    “Determinar el comportamiento sutil de los muones es un logro notable que guiará la búsqueda de la física más allá del Modelo Estándar en los próximos años”, ha explicado en un comunicado de prensa Joe Lykken, director adjunto de investigación de Fermilab. “Este es un momento emocionante para la investigación de la física de partículas, y Fermilab está a la vanguardia”.
    Un excelente artículo de difusión científica.

  5. No soy físico peo me gusta estar actualizado con avances de la ciencia. Detrás de todas estas interacciones, se esconden rutinas de la física de vital importancia, como la unión de los átomos, la radiactividad, la atracción de objetos con masa o la existencia de campos magnéticos y electricidad.
    Hasta ahora, estas 4 fuerzas regían el mundo de los físicos, pero un nuevo estudio ha hallado una nueva fuerza, la quinta, en el Fermilab, un laboratorio de aceleración de partículas, del departamento de Energía de Estados Unidos, lo que supondría una revolución en la Física, casi sin precedentes.

  6. Quedo impresionado con este descubrimiento. Los muones se han utilizado para más cosas, como por ejemplo obtener imágenes de la estructura de los volcanes e intentar predecir erupciones. Pero lo que han propuesto recientemente Guz Jonkmans et al. (arXiv) es utilizar los muones para analizar los residuos nucleares o intentar descubrir material nuclear escondido en grandes contenedores. Al atravesar materiales de alto número atómico (como plutonio y uranio), la dispersión sufrida por los muones es mayor. La idea es detectar los muones antes de pasar por el contenedor, para después calcular el ángulo de dispersión. Con estos datos se puede llegar a medir el contenido de estos contenedores, y aunque puede haber problemas de resolución se consigue realizar imágenes del interior. En el caso de almacenes nucleares se pueden obtener imágenes detalladas de los residuos nucleares dentro del almacén.
    Este descubrimiento, permite a la Física comienzar a entender algunas cuestiones fundamentales, aunque habrá que esperar a que las mentes humanas sean capaces de descifrar los grandes enigmas del universo, como esta quinta fuerza, los muones, que podrían estar detrás de la energía oscura y del crecimiento exponencial de la historia universal en el campo científico.

  7. Había visto esta noticia por TV en forma rápida, pero leyendo el artículo esta investigación científica me gusto por utilizar un lenguaje accesible. El equipo de físicos descubren la quinta fuerza de la naturaleza que cambiaría las leyes de la física, basada en muones demuestra lo valioso que significa este hallazgo en fevor de la ciencia.
    Estas partículas podrían explicar la energía oscura y la expansión del universo significa en descubrimiento revolucionario para el mundo de la física.

  8. Increíble que en las primeras aplicaciones de los muones atmosféricos la realizó el premio Nobel americano Luis Álvarez, que los utilizó para hacer una radiografía de la de la pirámide de Khafre en Giza, Egipto. Colocó cámaras de detección bajo la pirámide que medían el flujo que le llegaba de distintas direcciones. Las diferencias de flujo indicarían la existencia de cavidades o cámaras escondidas en la pirámide. En 1969, tras explorar el 20% de la pirámide, no se encontró ninguna evidencia de que tales cámaras existieran.
    Mediante Muon g-2, el equipo analizó el comportamiento de los muones, son partículas subatómicas que solo existen durante breves fracciones de segundos. Estas fueron lanzadas dentro de un acelerador en forma de anillos al que se aplica un campo magnético.
    Los expertos señalan que según las leyes de la física del Modelo Estándar, la teoría más aceptada, los muones se deberían haber tambaleado a una cierta velocidad. Sin embargo, estos lo hicieron a un ritmo mucho más rápido.
    Los inestigadores que cambiaría el mundo científico.