De la quinta fuerza y otras cuestiones “partículares”

Como una equivocación ortográfica viajan los errores conceptuales de la ciencia.

Hace ya un par de semanas que se presentaron los resultados preliminares del experimento llamado Muon g-2. Los medios de comunicación informaron que al parecer este experimento proporciona una muy fuerte evidencia de la existencia de una nueva partícula subatómica o, ¿y por qué no? La existencia de la tan anhelada quinta fuerza.

Esta noticia ha dado la vuelta al mundo 10 veces. Sin embargo, es muy interesante ver como en el camino se encuentran miles de personas que insinúan a los cuatro vientos que la nueva ciencia ha llegado por fin. También, y es importante aclararlo, se encuentran muchos científicos que llaman a la prudencia al respecto de estos resultados preliminares.

Muon g-2

Es posible que muchas de las personas que leen este documento no tengan claridad de que va el experimento Muon g-2, aquí va un intento de explicación que espero los expertos puedan perdonar. El muon es una partícula subatómica fundamental de carga negativa que supera la masa de un electrón en un orden de 200 a 1.  En el experimento la partícula se inserta dentro de un túnel en forma de anillo en el que es acelerada y al cual se le aplica un fuerte campo magnético. En esta experiencia se midió la velocidad de oscilación de los muones, la que no es coincidente con la velocidad predicha por el modelo estándar de partículas elementales.    

En este punto vale la pena destacar que los resultados experimentales de esta investigación tienen una precisión de 4,1 sigmas, es decir la probabilidad de que los datos sean solo una contingencia es de aproximadamente una entre 40.000. En la ciencia moderna para que los datos sean tomados como una evidencia contundente la desviación debe ser del orden de 5 sigmas, algo así como una entre 3,4 millones de que sea una suerte.

Una cuestión Histórica

Para aquellos que me conocen, saben que soy un acérrimo defensor de la importancia vital que tiene la investigación en historia de la ciencia y en particular en el área de las ciencias físicas.  El científico es dependiente de un proceso histórico incluso aunque no sea consiente de ello. Para toda indagación científica es necesario realizar lo que los expertos denominan una revisión del estado del arte, instancia que se encuentra por supuesto en el pasado de toda investigación. Lo cual confirma que como dice el refrán todo lo que pasó hace un minuto ya es historia.

Ustedes se preguntarán ¿qué tiene que ver esto con el tema en cuestión? Es posible que muchos no se acuerden de los resultados obtenidos y publicados por el CERN a finales del mes de agosto del año 2011.  En ese año la institución dio a conocer los resultados del proyecto OPERA que después de 3 años de mediciones había encontrado que los neutrinos podían ser más rápidos que la velocidad de la luz. Por supuesto y como en el momento actual esto supondría un gran cambio en las leyes fundamentales de la naturaleza.  

El experimento en cuestión consistía en acelerar unos neutrinos una distancia aproximada de 730 km entre el Gran Sasso en Italia y la ciudad de Ginebra en Suiza.  Los resultados obtenidos fueron sorprendentes, ya que mientras la luz gastó 2,4 milésimas de segundo en recorrer esta distancia, los neutrinos lo hicieron en alrededor de 60 nanosegundos.   

Es importante mencionar que en ese momento los mismos investigadores del proyecto llamaron a la cordura, solicitando de manera abierta y contundente la realización de pruebas similares por otros grupos de investigación, para así de esta manera poder estar seguros del gran hallazgo.  A pesar de este llamado algunos científicos entusiasmados decidieron lanzarse a la especulación teórica para tratar de dar cuenta de semejante hallazgo. Sin juzgar por supuesto, ¿Quién no quisiera ser el primero en esclarecer teóricamente tal descubrimiento? Y ¿por qué no ganarse un premio nobel de física?   

Un año después el director del proyecto Sergio Bertolucci manifestó en la Conferencia Internacional sobre Física y Astrofísica de los Neutrinos en Kioto que; los resultados publicados el año anterior estaban totalmente equivocados, los neutrinos no violan el límite de velocidad establecido por la relatividad especial de Einstein. Este error se atribuyó a una mala conexión en los cables de fibra óptica que transmitían la información. Por otro lado, queda algo muy importante que destacar respecto al experimento OPERA. La precisión de las pruebas realizadas por el CERN era de 6 sigmas.

Pesimismo Estadístico

Como mencionaba antes, una precisión de 5 sigmas es suficiente para que la ciencia moderna tome los resultados experimentales como un nuevo hallazgo en la física. No obstante, con un margen de 6 sigmas que implica una posibilidad de 1 entre 500 millones de que sea una fortuna, el ejemplo anterior se constituye en una prueba de que esto incluso llega a ser exiguo para poder estar cien por ciento seguros de un nuevo descubrimiento.  

Aún más interesante y para pensar al respecto, fue el hallazgo del Bosón de Higgs que en su momento solo tenía un nivel de confiabilidad de 2,3 sigmas, pero fue prácticamente aceptado de inmediato por casi toda la comunidad científica, por su coincidencia con lo predicho por el modelo estándar de partículas.

Esto hace reflexionar un poco sobre la comprensión del nivel de significancia estadística de los datos experimentales obtenidos durante una instancia investigativa. En palabras de David L. Chandle de MIT News Office “Ten en mente que simplemente porque algo encaje con la definición aceptada de “significativo”, no implica necesariamente que lo sea. Todo depende del contexto.”

De los asuntos reales de la ciencia

Las palabras de Bertolucci al respecto del experimento OPERA fueron: «El suceso captó la imaginación del público, y dio a la gente la oportunidad de ver el método científico en acción, un inesperado resultado puso al estudio bajo escrutinio público y permitió la colaboración de diferentes experimentos para verificar los resultados. Así es como la ciencia avanza».

Ya han pasado casi 10 años de este evento, y a pesar de eso, aún en la actualidad se encuentran algunos académicos y otros crédulos que manifiestan que por fin nos encontramos con la tan anhelada quinta fuerza y la teoría del todo. Esto quizás se constituya en una evidencia de que una cosa es la ciencia y otra lo que el cientificista cree que es.  

Señores el llamado es de nuevo a la cordura, es razonable que nos emocionemos con estas posibilidades. Ya son bastantes años esperando la explicación a la materia oscura, a la energía oscura y otras cuestiones de la física sin resolver. Además, estas situaciones ponen de manifiesto nuestra pasión por el conocimiento y la ciencia, pero de la forma en la que estas falacias viajan a través de las redes se constituyen en una verdad que desdibuja el que hacer de la ciencia.

La ciencia por ser creación humana es susceptible de error, pero su misma dinámica la hace regularse y avanzar de la mejor manera posible, a un sobresaliente conocimiento de nuestra realidad.  Solo debemos ser pacientes y esperar a los próximos años en los que seguramente se podrá confirmar si realmente por fin hemos podido encontrar un resquicio en la teoría estándar de partículas elementales, que es sin duda alguna una de las teorías más precisas que tiene hasta la actualidad la ciencia moderna.

Algunas referencias

Giacomelli, G. (2013). Some Considerations on Neutrinos and on the Measurement of their Velocity. http://arxiv.org/abs/1304.0659

Baer, H., Barger, V., & Serce, H. (2021). Anomalous muon magnetic moment, supersymmetry, naturalness, LHC search limits and the landscape. http://arxiv.org/abs/2104.07597

Villatoro, F. R. (2021, 7 abril). Lo que esperamos del experimento Muon g−2 del Fermilab y otras anomalías relacionadas con muones. La Ciencia de la Mula Francis. https://francis.naukas.com/2021/04/03/lo-que-esperamos-del-experimento-muon-g%E2%88%922-del-fermilab-y-otras-anomalias-relacionadas-con-muones/

BBC News Mundo. (2021, 7 abril). El experimento que muestra evidencias «sólidas» de una nueva fuerza en la naturaleza. https://www.bbc.com/mundo/noticias-56668040

Greshko, M. (2021, 8 abril). El «primo» más pesado del electrón, conocido como muon, desafía el modelo estándar de todas las partículas en el universo. National Geographic. https://www.nationalgeographic.es/ciencia/2021/04/nuevo-experimento-sugiere-que-muon-particula-rompe-leyes-de-la-fisica

Unidad Editorial Internet. (2011, 22 septiembre). El CERN halla partículas que se mueven más¡s rápido que la luz | Ciencia | elmundo.es. El mundo. https://www.elmundo.es/elmundo/2011/09/22/ciencia/1316718466.html#:%7E:text=Manuscrito%20de%20Einstein%20con%20la,%7C%20E.%20M.&text=Un%20equipo%20internacional%20de%20cient%C3%ADficos,un%20portavoz%20de%20los%20investigadores

R. (2012, 8 junio). El CERN lo confirma: los neutrinos no son más rápidos que la luz. La Vanguardia. https://www.lavanguardia.com/ciencia/20120608/54308978852/cern-lo-confirma-neutrinos-no-son-mas-rapidos-luz.html

Explained: Sigma. (2012, 9 febrero). MIT News | Massachusetts Institute of Technology. https://news.mit.edu/2012/explained-sigma-0209