La discrepancia del momento magnético anómalo del muón no es el principio de una nueva física, es un lamentable fallo de cálculo

Durante más de dos décadas, la anomalía del muón fue uno de los indicios más emocionantes de la física de partículas. El muón es una partícula subatómica similar al electrón pero 200 veces más pesada, y su «momento magnético anómalo» (la desviación del valor puramente cuántico de su momento magnético, denominado g-2) se podía medir con una precisión extraordinaria.

Los muones son conocidos porque se crean en las capas altas de la atmósfera y se mueven casi a la velocidad de la luz. Su esperanza de vida es tan corta que deberían desintegrarse antes de llegar al suelo, pero debido a la dilatación del tiempo explicada por la teoría de la relatividad, su vida se alarga para el observador terrestre, permitiéndonos detectarlos a nivel del mar.

Como tienen gran masa, pueden atravesar rocas densas y materiales pesados mejor que los rayos X. Esto permite a los científicos usar los muones procedentes de los rayos cósmicos para «escanear» el interior de volcanes, pirámides y reactores nucleares, y se han usado para detectar las salas ocultas bajo la pirámide de Guiza.

Los muones rebeldes

El problema con los muones era que las mediciones experimentales no coincidían con las predicciones teóricas del Modelo Estándar de partículas. El Modelo Estándar es la teoría científica más precisa que describe los componentes fundamentales del universo y tres de sus cuatro fuerzas básicas (electromagnetismo, fuerza nuclear fuerte y fuerza nuclear débil). Clasifica todas las partículas elementales conocidas en dos grupos principales: fermiones y bosones. Dentro de los fermiones están los muones y electrones, entre otras partículas, mientras que entre los bosones se cuentan los fotones y el famoso bosón de Higgs.

La discrepancia del muón, confirmada por el experimento Muon g-2 del laboratorio Fermilab con una precisión de cinco sigmas en 2023, había generado enorme expectación: podría indicar la existencia de partículas o fuerzas todavía desconocidas más allá del Modelo Estándar. Un nuevo trabajo publicado esta semana en Physical Review Letters cierra ese capítulo de la forma más inesperada: la discrepancia era un error de cálculo.

El problema de los hadrones: dónde se escondía el error

El momento magnético anómalo del muón recibe contribuciones de todos los tipos de partículas virtuales que pueden aparecer y desaparecer brevemente según el principio de incertidumbre. La mayoría de esas contribuciones se calculan con enorme precisión usando la electrodinámica cuántica (QED). La que presentaba dificultades era la contribución hadrónica de vacío (HVP, Hadronic Vacuum Polarization): los hadrones (partículas compuestas de quarks, como los piones y los kaones) que pueden aparecer virtualmente en el cálculo. El cálculo de la HVP había dependido históricamente de datos experimentales de dispersión de electrón-positrón en hadrones, pero esos datos tenían inconsistencias entre experimentos distintos que generaban incertidumbre en la predicción teórica.

En los últimos años, los métodos de Cromodinámica Cuántica en red (lattice QCD) habían empezado a calcular la HVP directamente desde primeros principios usando supercomputadores, sin depender de los datos experimentales problemáticos. Un consorcio internacional que incluye a los equipos de Budapest-Marseille-Wuppertal (BMW), Mainz, CalLat y otros laboratorios publicó ahora el cálculo más completo y preciso de la HVP usando lattice QCD de alta estadística.

El resultado, combinado con los datos más recientes del experimento CMD-3 en Rusia (que habían sugerido que los datos de dispersión previos tenían errores sistemáticos), hace que la predicción teórica del g-2 del muón se alinee con las mediciones experimentales dentro de los márgenes de error esperados. La anomalía desaparece.

Las implicaciones para la búsqueda de nueva física

La resolución de la anomalía del muón no significa el fin de la búsqueda de física más allá del Modelo Estándar. Existen otras anomalías y preguntas profundas sin respuesta (materia oscura, la asimetría materia-antimateria, la jerarquía de masas de los neutrinos) que siguen motivando esa búsqueda. Pero el g-2 del muón era el indicador más «firme» estadísticamente disponible, y su desaparición como anomalía es un recordatorio importante de que en física, los indicios de cinco sigmas son significativos pero no infalibles cuando existen incertidumbres sistemáticas difíciles de controlar.

«Después de años de cálculos de supercomputadora, los investigadores descubrieron que la aparente anomalía era probablemente un error de cálculo», concluye el estudio. Para los físicos que apostaban por nueva física, es una decepción; para los que defienden la extraordinaria robustez del Modelo Estándar, es una confirmación más de su alcance.

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