Muones: ¿el descubrimiento de las partículas que viene?

Detector de muones del experimento CMS del LHC. Crédito: CERN.

Electrones, positrones, protones, antiprotones: Estas partículas han formado la base de gran parte de la investigación física de partículas y muchos de los descubrimientos de los últimos cien años. ¿Habrá otras partículas que jueguen un papel similar en el futuro?

Los muones son muy similares a los electrones, pero 200 veces más masivos. Ellos no tienen partes componentes por lo que crean colisiones limpias. Su masa de más alto valor significa que no emiten tanta energía como los rayos X cuando son guiados a lo largo de trayectorias curvas. Se trata de una herramienta que puede ser utilizada para explorar la física fundamental con la alta precisión y en las altas energías necesarias para estudiar la próxima generación de partículas más allá del Modelo Estándar de la física. Ellos son también sumamente sensibles, de modos mensurables, a los efectos de la física actualmente desconocida, sobre todo debido a su masa más alta.

Sólo hay un problema. Ellos sólo viven unas dos millonésimas de segundo. Eso significa que son difíciles de crear en cantidades suficientemente grandes que sobrevivan el tiempo suficiente para utilizarlos como las herramientas de precisión que podrían ser.

Afortunadamente, la naturaleza tiene un "vacío legal" descripto por la teoría especial de la relatividad de Einstein. Cuando las partículas se mueven con gran energía a casi la velocidad de la luz, tienen una vida útil considerablemente más larga. Muones creados a 15 kilómetros sobre la superficie de la Tierra pueden ser detectados a nivel del suelo debido a este efecto. De lo contrario, ellos viajarían menos de un kilómetro antes de decaer.

Con estos tiempos de vida extendidos, los muones pueden ser creados, acelerados, almacenados, y ser estudiados por sí mismos o estrellándose contra objetivos o entre sí. Cuando ellos finalmente decaen, que dan lugar a una fuente de neutrinos muónicos, que son útiles para otros estudios. Llegar a este punto, sin embargo, será muy difícil técnicamente.

La investigación, diseño e ingeniería necesarios para hacer aceleradores y colisionadores de muones desde hace mucho tiempo se ha pensado como algo demasiado difícil de intentar siquiera. Sin embargo, algunos físicos han replanteado el problema a la luz de las tecnologías más sofisticadas del acelerador y ahora se cree que un colisionador de muones es muy factible.

Sin embargo, todavía hay un largo camino hacia un colisionador de muones trabajando, pero el esfuerzo va a crear, a lo largo del camino, otros tipos de experimentos y máquinas en la física de partículas. Un colisionador de muones podría ser la tecnología necesaria para explorar el nuevo mundo de las partículas que los físicos esperan revelar en el Gran Colisionador de Hadrones. Tal vez en 50 años vamos a mirar hacia atrás en la historia de la física de partículas y la lista de descubrimientos clave de partículas incluya la más pesada, el el primo de corta duración del electrón, el muón.

Fuente:
Muons: the next discovery particles? por David Harris, Editor en Jefe de Symmetry Breaking