Un equipo internacional dirigido por científicos de la Universidad Sun Yat-sen y el Instituto de Física Moderna de la Academia de Ciencias de China ha lanzado un ambicioso experimento conocido como MACE. El proyecto está diseñado para detectar un evento extremadamente raro en el que el muonio, un sistema de vida corta compuesto por un muón positivo unido a un electrón, se transforma espontáneamente en antimonio, su contraparte de antimateria. La observación de tal proceso rompería una ley fundamental de la física de partículas llamada conservación del sabor leptónico, que es una parte clave del Modelo Estándar, y proporcionaría evidencia directa para la física más allá de la teoría existente.
“La transición del munio al antimunio representa un descubrimiento claro y único de nueva física en el sector leptónico”, explica el equipo de investigación. “A diferencia de otros procesos de violación del sabor de los leptones cargados, esta transición es sensible a ∆Lℓ = 2 modelos que son fundamentalmente independientes y pueden revelar una física accesible a otros experimentos”.
Llevando la sensibilidad experimental a nuevos límites
La restricción experimental más reciente sobre la conversión de muonio en antimuonio se estableció en 1999 en el Instituto Paul Scherer de Suiza. MACE pretende ir mucho más allá de ese resultado mejorando la sensibilidad en más de cien veces para detectar probabilidades de transición tan pequeñas como O(10-13). Alcanzar este nivel requiere avances en todo el sistema experimental, incluido un potente haz de muones de superficie, un objetivo de aerogel de sílice recientemente desarrollado y detectores capaces de realizar mediciones extremadamente precisas.
“Nuestro diseño integra haz avanzado, objetivos de producción de muonio y tecnología de detección para aislar la señal del fondo intenso”, dice el equipo. “Esto convierte a MACE en uno de los experimentos de baja energía más sensibles para buscar alteraciones del sabor de los leptones”.
Lo que un descubrimiento podría revelar
Si el experimento tiene éxito, podría permitir a los científicos explorar nueva física en escalas de energía de 10 a 100 TeV, un nivel que rivaliza o incluso supera las expectativas para lograr futuras colisiones de partículas. También está previsto que MACE opere en una fase inicial de Fase I, durante la cual investigará otros procesos de desintegración de munio excepcionalmente raros y eventos que violan el sabor de los leptones, incluidos M→γγ y μ→eγγ con una sensibilidad récord.
Las implicaciones de MACE se extienden más allá de la física fundamental. Las tecnologías avanzadas para experimentos, como objetivos avanzados de producción de munio, sistemas de transporte de positrones de baja energía y detectores de alta resolución, también pueden encontrar uso en campos como la ciencia de materiales y la investigación médica.
Fortaleciendo los esfuerzos globales de física de partículas
MACE es parte de un impulso científico más amplio centrado en las principales instalaciones de investigación en Huizhou, incluida la Instalación de Acelerador de Iones Pesados de Alta Intensidad (HIAF) y el Sistema Impulsado por Acelerador de la Iniciativa China (CiADS). En conjunto, estos proyectos tienen como objetivo establecer a China como líder mundial en física nuclear y de partículas de alta precisión. Aprovechando estas instalaciones avanzadas, MACE muestra cómo la investigación fundamental puede impulsar tanto el progreso tecnológico como la colaboración internacional.
“No estamos simplemente creando un experimento; estamos abriendo una nueva ventana a las leyes de la naturaleza”, señala el equipo. “Cada componente de MACE, desde la línea de luz hasta el software, está optimizado para explorar la física que podría redefinir nuestra comprensión de la materia, las simetrías y el universo”.
