Conmoción entre los científicos por un experimento único: la luz choca consigo misma y crea ‘partículas fantasma’

En condiciones normales, dos haces de luz se atraviesan sin afectarse. Los fotones no se desvían ni se empujan entre sí. Este comportamiento es tan común que se asumió como una regla inquebrantable en la física clásica. Sin embargo, el marco cuántico introduce matices que permiten fenómenos mucho más complejos, como la creación de «partículas fantasma».

La dispersión de luz por luz, plantea que los fotones pueden interactuar bajo circunstancias muy específicas. La última investigación sobre este fenómeno aporta un cambio significativo en la forma de calcular sus efectos, con especial énfasis en el papel de las entidades recién mencionadas, conocidas como partículas fantasma.

¿Cómo el choque de luces genera partículas fantasma?

La dispersión de luz por luz fue detectada de forma indirecta por primera vez en el acelerador de partículas del CERN. En este contexto, la energía de los fotones es suficiente para originar partículas virtuales, que emergen del vacío, interactúan y desaparecen en fracciones de segundo.

Este tipo de entidades, denominadas partículas fantasma, no son observables de manera directa, pero modifican con precisión las propiedades de partículas reales.

El estudio, publicado en la prestigiosa revista Physical Review Letters, señala que estas partículas no se comportan como entidades permanentes, sino como fluctuaciones temporales. Aunque su existencia es breve, su efecto medible las convierte en un recurso clave para poner a prueba los límites del modelo estándar de física de partículas.

El papel de los mesones tensoriales

La investigación liderada por TU Wien incorpora un análisis detallado de los mesones tensoriales, partículas formadas por un quark y un antiquark con una configuración de espín particular. Durante décadas se consideró que su impacto en la dispersión de luz por luz era mínimo.

Sin embargo, los nuevos cálculos revelan que su contribución es más significativa de lo estimado y con un efecto opuesto al asumido anteriormente.

Según el trabajo, estos mesones alteran las propiedades magnéticas de los muones a través del proceso que genera partículas fantasma. Esto ha permitido ajustar de forma más precisa el valor teórico del momento magnético del muón, reduciendo la discrepancia con los resultados experimentales.

Este ajuste afecta de manera directa la interpretación de los datos y el posible indicio de fenómenos que vayan más allá del modelo estándar.

Un modelo holográfico en cinco dimensiones: el método con el que comprobaron estas partículas fantasma

Para llevar a cabo esta revisión, el equipo utilizó la QCD holográfica, una aproximación teórica que describe las interacciones en un espacio de cinco dimensiones. Este enfoque permite representar los mesones tensoriales como si fueran gravitones, simplificando las ecuaciones y facilitando su proyección al mundo físico tridimensional.

El análisis indica que los mesones tensoriales contribuyen aproximadamente un 12% a una restricción fundamental del modelo conocida como «restricción de corta distancia simétrica2.

Sumado al aporte de los mesones axiales (81%), el resultado final alcanza un 93,4% de concordancia con los datos experimentales. Los autores estiman que, con ajustes adicionales, este porcentaje podría aproximarse al 98%.

La importancia de este hallazgo para el momento magnético del muón

El momento magnético del muón es un parámetro esencial para verificar la validez del modelo estándar. Pequeñas desviaciones entre la teoría y la observación pueden ser indicio de nuevas partículas o interacciones desconocidas.

Los efectos de la dispersión de luz por luz, y en particular de las partículas fantasma generadas en el proceso, son una fuente importante de incertidumbre en este cálculo.

Los resultados del estudio muestran que los mesones tensoriales introducen una corrección positiva en la región de bajas energías de aproximadamente 8,5 × 10⁻¹¹, que aumenta a 11,1 × 10⁻¹¹ al incluir zonas mixtas.

Este ajuste acerca las predicciones teóricas a las mediciones obtenidas en experimentos como los de Fermilab y en simulaciones de QCD en red, reduciendo el margen de discrepancia que ha motivado numerosas teorías alternativas.

El concepto de las partículas que «existen y no existen»

En términos cuánticos, las partículas fantasma representan fluctuaciones temporales que aparecen durante una interacción y desaparecen sin dejar rastro directo.

La frase «existen y no existen a la vez» resume su naturaleza: no pueden detectarse como objetos estables, pero su influencia es medible en otros elementos del sistema.

Este concepto es coherente con el principio de incertidumbre y con la mecánica cuántica probabilística. Aunque puedan parecer un recurso teórico, su papel es indispensable para explicar fenómenos como la dispersión de luz por luz y para avanzar en la comprensión de procesos subatómicos que todavía desafían los modelos establecidos.