momento magnético del muón

En el anillo de 21 kilómetros de Protvino, en las afueras de Moscú, se planeó alguna vez acelerar protones. Hoy, ese mismo túnel podría albergar una máquina muy diferente: un colisionador de muones. El muón es un pariente pesado del electrón, y ahí reside su fuerza.

Una esfera de plomo cuelga sobre otra esfera de plomo. Según las leyes ordinarias de la gravedad, se atraen exactamente en vertical, a lo largo de la línea que une sus centros.

En un enorme anillo de imanes cerca de Chicago, los muones giraban como patinadores en una pista de hielo. Solo que en lugar de música, había un campo magnético, y en lugar de rotación, un apenas perceptible bamboleo del espín. Los físicos llaman a este bamboleo momento magnético anómalo.

El núcleo atómico rara vez es una esfera perfecta. Más a menudo se parece a un balón ligeramente abollado: la carga eléctrica en su interior se distribuye de manera desigual, y los protones pueden desplazarse un poco, creando una diminuta protuberancia «en forma de pera».

En las profundidades de la Tierra, bajo una gruesa capa de granito, los detectores capturan a unos visitantes raros del espacio: los muones. Estas partículas nacen en lo alto de la atmósfera cuando los rayos cósmicos chocan contra los núcleos de los átomos del aire.

Cada segundo, unas cien partículas invisibles atraviesan tu cuerpo: los muones. Nacen en lo alto del cielo cuando los rayos cósmicos chocan con los átomos del aire y caen sobre la Tierra como lluvia. Estas partículas son tan penetrantes que pueden atravesar un edificio de varios pisos, pero al encontrar materia densa, como plomo o uranio, se desvían ligeramente.

El electrón y el muón son migajas magnéticas. Su magnetismo es ligeramente mayor que dos (en unidades especiales), y esta 'fracción excedente' (momento magnético anómalo) surge del constante oleaje en el vacío: pares de partículas que aparecen y desaparecen por un instante.

El bosón de Higgs es como un director de orquesta que otorga masa a todas las demás partículas. Sin él, los electrones no tendrían masa y los átomos se desintegrarían. Pero, ¿cómo interactúa el director consigo mismo? Esta es la pregunta clave que deberá responder el futuro colisionador de muones.

Para conocer el tamaño real del protón, los físicos reemplazaron el electrón en el átomo de hidrógeno por su copia pesada: el muón. El muón, como una lupa con aumento de mil veces, se acerca al núcleo y «palpa» el protón con una precisión antes inalcanzable.

Protones acelerados a enormes energías chocan contra una gruesa placa metálica, como balas contra una armadura. Dentro del metal, por un instante, nace una partícula J/ψ que inmediatamente se desintegra en dos muones, parientes ligeros del electrón. Estos muones salen del blanco y los detectores capturan sus huellas.

Cuando una estrella masiva muere y colapsa en una supernova, nace una estrella de neutrones: una esfera del tamaño de una ciudad pero con la masa del Sol. Su materia está tan comprimida que una cucharadita pesa más que el Monte Everest.

En un anillo subterráneo de 27 kilómetros de circunferencia, los protones se aceleran hasta casi la velocidad de la luz y se hacen chocar de frente. En el punto de impacto se recrean por un instante condiciones similares a las de la primera billonésima de segundo tras el nacimiento del Universo.

En las profundidades de la tierra, en una antigua mina de oro en Australia, se encuentra un laboratorio donde el silencio solo se ve interrumpido por raros destellos de luz. Estos destellos son huellas de partículas cósmicas que logran atravesar cientos de metros de roca. Ocho paneles de plástico, parecidos a grandes láminas luminosas, capturan estas partículas.

Un trozo de combustible nuclear dentro del reactor no es solo un sólido. Al calentarse, los átomos de uranio comienzan a "mover" sus momentos magnéticos, y ese movimiento altera la conductividad térmica y otras propiedades.

Un imán de nevera se mantiene pegado porque en su interior las diminutas agujas atómicas están alineadas en una misma dirección. Pero la mecánica cuántica hace que estas agujas tiemblen, y la magnetización total se vuelve menor que la ideal.

En las colisiones de núcleos pesados se genera una bola de fuego compuesta por miles de partículas. Entre ellas se encuentran los piones y los kaones, dos tipos de partículas ligeras muy similares entre sí. Para entender qué ocurre en esa bola de fuego, los físicos necesitan saber con exactitud cuántas partículas de cada tipo han salido.

El núcleo de deuterio, o deuterón, puede imaginarse como una peonza microscópica. Si la distribución de cargas en su interior no es perfectamente simétrica, en un campo eléctrico externo esa peonza sufre una diminuta inclinación de su eje de rotación.

El protón no es una bolita sólida. En su interior hierve una mezcla de quarks y gluones. Los gluones son las partículas que pegan los quarks, como el pegamento une las maderas. La pregunta es: ¿cuánto "peso" del protón corresponde a este pegamento? Los físicos lo han calculado en una computadora, dividiendo el espacio y el tiempo en una cuadrícula fina.

Cada segundo, partículas invisibles provenientes del espacio se estrellan contra la atmósfera terrestre: son los rayos cósmicos. Al chocar con las moléculas del aire, generan lluvias de partículas secundarias, entre las que abundan especialmente los muones.

El muón es el hermano pesado del electrón, que vive solo dos millonésimas de segundo. En un campo magnético gira como una peonza, pero un poco más rápido de lo que predicen las fórmulas. Hace veinte años, en Brookhaven, notaron ese 'un poco más rápido', y desde entonces los físicos han debatido: o los instrumentos mienten, o en el vacío se esconden partículas desconocidas.

Todo objeto en el vacío cae con la misma aceleración: en esto se basa la gravedad de Einstein. Pero hasta ahora la regla solo se había probado con partículas de materia ordinaria. Ahora entra en juego el muonio: un átomo exótico donde el núcleo es un antimuón y la corteza es un electrón común.

El muón es un diminuto trompo que gira en el turbulento mar del vacío. Su eje magnético apunta ligeramente desviado de lo que predice el Modelo Estándar. La desviación es de apenas unas millonésimas, pero para los físicos es todo un enigma. El vacío no es una calma muerta.

Dos grandes teorías describen la realidad: una —cómo los cuerpos masivos provocan la curvatura del espacio-tiempo—, y la otra —el Modelo Estándar— gobierna las partículas elementales. Conciliarlas parece imposible, como intentar describir una tormenta oceánica con el lenguaje de una red de diamante.