3 Mysteries of the Universe — and a New Force That Might Explain Them | Alex Keshavarzi | TED

Traductor: Aylin Hernandez Toro Revisor: Sebastian Betti

So today, I’m really here to talk to you all about one thing:

Hoy estoy realmente aquí para hablarles sobre una cosa:

the universe.

El universo.

In the world of particle physics,

En el mundo de la física de partículas,

the ultimate goal is to be able to describe

el objetivo final es poder describir

all the particles and forces that make up our universe.

todas las partículas y fuerzas que forman nuestro universo.

And while we've made an extraordinary amount of progress in this

Si bien, en los últimos 100 años hemos logrado avances extraordinarios

over the past 100 years,

we're doing it still,

todavía lo seguimos haciendo,

because there are big mysteries about what the universe is made of

porque hay grandes misterios sobre la composición del universo

and how we came to be here.

y sobre cómo llegamos a estar aquí.

So let me start by introducing you

Permítanme comenzar presentándoles,

to three of the big mysteries about our universe.

tres de los grandes misterios de nuestro universo.

First, we know that the universe is expanding.

En primer lugar, sabemos que el universo se está expandiendo.

So astrophysical evidence suggests

Por ende, la evidencia astrofísica sugiere

that the universe started as a very dense, very hot Big Bang,

que el universo comenzó como un Big Bang muy denso y muy caliente,

and has since been expanding outwards from that point.

y desde entonces se ha estado expandiendo al exterior desde ese punto.

However, as a complete shock, in the late '90s,

Sin embargo, como un shock total, a finales de los 90′s.

physicists discovered that the expansion of the universe

Los físicos descubrieron que la expansión del universo

isn't slowing down, as you might expect --

no está desacelerando, como cabría esperar.

it's actually accelerating,

De hecho, se está acelerando.

and we have absolutely no idea as to why this is.

Y no tenemos ni la más mínima idea de por qué.

All that we know is that some unknown source or force of nature

Todo lo que sabemos es que alguna fuente desconocida de la naturaleza

is stretching the universe out in every direction,

está expandiendo el universo en todas direcciones,

at an ever-increasing rate.

a un ritmo cada vez mayor.

And because we don't know what that source is,

Y como no sabemos cuál es esa fuente,

we've just called it "dark energy."

acabamos de llamarla “energía oscura”.

Now, what we do know about dark energy

Ahora, lo que sí sabemos sobre la energía oscura

is that it makes up roughly 74 percent of the energy content of our universe.

es que constituye aproximadamente el 74 % de la energía de nuestro universo.

So straight off the bat,

Así que, desde el principio,

that's 74 percent of our universe that we know absolutely nothing about.

es el 74 % universo del que no sabemos absolutamente nada.

Second, we know that 85 percent of all the matter in our universe

En segundo lugar, sabemos que el 85 % de toda la materia de nuestro universo.

is made up of something called dark matter.

Está formada por algo llamado materia oscura.

Now, this photo that you're looking at here

Ahora, esta foto que están viendo.

is a picture from the Hubble Space Telescope,

Es una imagen del Telescopio Espacial Hubble,

which shows a cluster of galaxies

que muestra un cúmulo de galaxias

four billion light years away from the Earth.

a cuatro mil millones de años luz de la Tierra.

And what's interesting here

Y lo interesante aquí,

is the left and right parts of this photograph,

son las partes izquierda y derecha de esta fotografía,

because they're actually the same photo.

porque en realidad son la misma foto.

But what you're looking at in the right photo

Pero lo que están viendo en la foto de la derecha

is that it's had a blue filter applied to it,

es que se le ha aplicado un filtro azul

to emphasize the light that's coming towards us

para enfatizar la luz que viene hacia nosotros

from the distant universe.

desde el universo distante.

And what you can see is a dark ring,

Y lo que pueden ver es un anillo oscuro

indicating a clearly reduced amount of light coming towards us.

que indica una cantidad reducida de luz que viene hacia nosotros.

Now we believe that this ring is a halo of dark matter.

Ahora creemos que este anillo es un halo de materia oscura.

Now we have no idea what dark matter is,

No tenemos ni idea de qué es la materia oscura,

and we've never observed it in experiments here on Earth,

y nunca la hemos observado en experimentos aquí en la Tierra.

but we know from several corroborating astrophysical observations

Pero sabemos por varias observaciones astrofísicas

that it has to be there.

que corroboran que tiene que estar allí.

Importantly, another thing that we know about dark matter

Otra cosa importante que sabemos sobre la materia oscura.

is that it makes up another 21 percent of the energy content of our universe.

Es que constituye otro 21 % del contenido energético de nuestro universo.

So that, coupled with the dark energy problem,

Esto, junto con el problema de la energía oscura.

means that we only know what five percent of our universe is made of,

Significa que solo sabemos de qué está hecho el 5 % de nuestro universo,

and the rest is totally dark to us.

y el resto es totalmente oscuro para nosotros.

The third problem concerns how we've come to exist at all.

El tercer problema se refiere a cómo hemos llegado a existir.

Ahora bien, las partículas de la materia tienen su contraparte de antimateria,

Now, fundamental particles of matter have their own antimatter particles,

which are the same as their normal matter counterparts,

que son las mismas que las de la materia normal.

except they have opposite positive or negative charge,

Excepto que tienen cargas positivas o negativas opuestas,

just like the two ends of a normal, everyday battery.

al igual que los dos extremos de una pila normal y corriente.

Now together, this charge is equal and balanced.

Ahora juntas, esta carga es igual y equilibrada.

The electron, for example,

El electrón, por ejemplo, con el que estamos un poco más familiarizados,

which we're a bit more familiar with -- it gives us electricity in our homes --

nos da electricidad en nuestros hogares.

is negatively charged.

Tiene carga negativa.

But it has an antimatter partner called the positron,

Pero tiene un compañero de antimateria llamado positrón,

which is positively charged.

que tiene carga positiva.

Ahora bien, para garantizar este equilibrio.

Now to ensure this balance,

matter and antimatter are always created and destroyed equally and in pairs.

La materia y la antimateria siempre se crean y destruyen por igual, en pares.

This is what all of our theories predict,

Esto es lo que predicen nuestras teorías.

and this is what we observe in all of our experiments.

Y esto es lo que observamos en todos nuestros experimentos.

And so in the Big Bang,

Así pues, en el Big Bang habríamos esperado que

we would [have] expected that matter and antimatter

la materia y la antimateria se hubieran creado en cantidades iguales.

would have been created in equal amounts,

and so we would expect to see equal amounts of matter and antimatter

Por lo que esperaríamos ver cantidades iguales de materia y antimateria

in the universe today.

en el universo actual.

Sin embargo, casi todas las estructuras de la materia.

However, nearly every structure of matter,

every natural structure of matter in our universe --

Todas las estructuras naturales de nuestro universo.

you, me, the Earth, the stars --

Tú, yo, la Tierra, las estrellas.

Están compuestas casi en su totalidad de materia normal.

are made almost entirely of normal matter,

leaving a lot of antimatter missing from the balanced equation.

Por lo que falta mucha antimateria en la ecuación equilibrada.

For all you Marvel and Avengers fans out there,

Para todos los fans de Marvel y Los Vengadores.

it's a bit like someone's just snapped their fingers,

Es como si alguien hubiera chasqueado los dedos

and half of all the natural stuff in the universe has disappeared.

y hubiera desaparecido la mitad de la materia natural del universo.

There literally should be

A nuestro alrededor,

another universe's worth of stuff all around us,

debería haber cosas similares a las de otro universo,

but somehow, it's not there.

pero de alguna manera, no están ahí.

And one of the greatest challenges in particle physics today

Hoy uno de los mayores desafíos de la física de partículas

is to figure out what happened to all the antimatter

es averiguar qué pasó con toda la antimateria.

and why we see an asymmetry between matter and antimatter at all.

Y por qué vemos una asimetría entre la materia y la antimateria.

So those are three of the big mysteries about our universe.

Así que esos son tres de los grandes misterios de nuestro universo.

And that's a lot of what we don't know.

Y eso es mucho de lo que no sabemos.

Now, what this means

Ahora, ¿qué significa esto?

is our current understanding of the universe, up until this point,

Que nuestra comprensión actual del universo, hasta este momento.

can't tell us why the universe is the way it is,

No puede decirnos por qué el universo es como es.

or what 95 percent of it is made of.

O de qué está hecho el 95% de él.

But importantly, each of these mysteries --

Pero lo que es más importante, cada uno de estos misterios.

what is dark energy, what is dark matter

¿Qué es la energía oscura? ¿Qué es la materia oscura?

and the matter-antimatter asymmetry in the universe --

Y la asimetría entre materia y antimateria.

could all be solved by finding a new particle

Podría resolverse encontrando una nueva partícula.

or a new force of nature.

O una nueva fuerza de la naturaleza.

So now, let me introduce you

Ahora permítanme presentarles.

to our current understanding of the universe.

Nuestra comprensión actual del universo.

This is it.

Esto es todo.

The standard model of particle physics,

El modelo estándar de física de partículas.

the mathematical equation, which I’m sure you’re all very used to.

La ecuación matemática, la cual estoy seguro que todos están habituados.

(Laughter)

Which describes how our universe works.

Que describe cómo funciona nuestro universo.

You can think of it as the recipe

Puedes pensar en ello como la receta

for how all the particles and forces in the universe

que enseña como las partículas y fuerzas en el universo interactúan

interact and result in the structures of matter

y dan como resultado las estructuras de la materia que vemos a nuestro alrededor.

that we see around us.

Now this equation represents a huge level of achievement

Ahora bien, esta ecuación representa un logro enorme durante los últimos 100 años.

over the past 100 years,

and in its full form, it's much longer, but simplified,

En su forma completa, es mucho más larga, pero simplificada así.

like this,

you see a very elegant, I think,

A mi parecer, se ve una representación elegante de la estructura de la materia.

elegant representation of the structure of matter.

And then, if that equation is the recipe,

Y luego, si esa ecuación es la receta.

then these are the ingredients.

Entonces ,estos son los ingredientes.

Just 17 ingredients, 17 fundamental particles,

Solo 17 ingredientes, 17 partículas fundamentales.

where "fundamental" here means they're not known to have a substructure,

Donde «fundamental» significa que no se sabe que tengan una subestructura.

they're not known to be composed of any smaller particles.

No se sabe que estén compuestas de partículas más pequeñas.

And together with the equation on the previous slide,

Y junto con la ecuación de la diapositiva anterior.

they make up the standard model of particle physics.

Forman el modelo estándar de física de partículas.

And it is our best, most tested and globally accepted theory

Y es nuestra mejor teoría. La más probada y aceptada a nivel mundial.

of all the known particles and forces in the universe.

Sobre todas las partículas y fuerzas conocidas del universo.

And it's given rise to much of what we take for granted

Y ha dado origen a gran parte de lo que damos por sentado

in the modern world of today.

en el mundo moderno de hoy.

A good example would be our ability now to harness the energy from the Sun,

Un buen ejemplo sería nuestra capacidad actual para aprovechar la energía del Sol.

where our ability to use solar power and our moves towards nuclear fusion

Nuestros avances para la energía solar y la fusión nuclear no serían posibles.

couldn't be possible

without understanding the particles and forces of the standard model.

Sin entender las partículas y las fuerzas del modelo estándar.

Now, whilst the standard model has been so successful

Ahora bien, si bien el modelo estándar ha tenido tanto éxito.

at testing the phenomena that we can test here on Earth,

A la hora de probar los fenómenos que existen aquí en la Tierra.

it cannot accommodate and has no explanation for

No puede explicar esos grandes misterios de nuestro universo.

those big mysteries about our universe.

And so it's at this point that I'd like to introduce you

Llegados a este punto, me gustaría presentarles una partícula en especial.

to a particular particle,

and the hero of our story, the muon.

El héroe de nuestra historia, el muón.

Puede que los muones os parezcan desconocidos para todos,

Now, muons may seem unfamiliar to you all,

but actually, they’re around us all the time.

pero en realidad, nos rodean todo el tiempo.

Cosmic rays that hit the Earth's atmosphere

Los rayos cósmicos que chocan contra la atmósfera

result in showers of muons that constantly bombard the Earth.

producen lluvias de muones que bombardean constantemente la Tierra.

You may be surprised to learn, for example,

Puede que se sorprenda al saber, por ejemplo,

that there are, on average, 30 muons

que hay, en promedio, 30 muones que

traveling through each and every one of you every second.

viajan a través de cada uno de ustedes cada segundo.

Now, muons can be thought of, quite simply,

Ahora bien, podemos pensar que los muones son, sencillamente,

as the heavy cousin of the electron,

el primo pesado del electrón,

and they sit next to the electron in this picture,

y en esta imagen están situados junto al electrón

and they're about 200 times heavier.

y son unas 200 veces más pesados.

But importantly, they’re an ideal tool for physicists to use

Pero lo que es más importante, son una herramienta ideal

que los físicos pueden utilizar para buscar nuevas partículas y fuerzas.

to search and look for new particles and forces

to explain those big mysteries.

Y así explicar esos grandes misterios.

And so why is that?

¿Y por qué es eso?

Well, let's assume for a second that we can represent a muon

Bueno, supongamos por un segundo que representamos un muón con este giroscopio.

by this gyroscope.

When you spin a gyroscope,

Cuando giras un giroscopio, se tambalea alrededor de su eje.

it wobbles around its axis, just like that.

Así de simple.

And muons have an identical behavior

Y los muones tienen un comportamiento idéntico.

when you place them in a magnetic field, they spin and they wobble.

Cuando los colocas en un campo magnético, giran y se tambalean.

Now whilst they're doing this,

Ahora, mientras hacen esto,

the muon will come into contact

el muón entrará en contacto

with any and all other particles in the universe,

con todas y cada una de las demás partículas del universo.

standard model or otherwise.

Sean del modelo estándar o de otro tipo.

And in fact, it's the interaction of the muon with those other particles

De hecho, es la interacción del muón con esas otras partículas

that defines how fast it wobbles.

lo que define la rapidez con la que se tambalea.

In essence, the more different particles

En esencia, cuantas más partículas diferentes reboten en el muón,

that bounce off the muon whilst it is wobbling,

más rápido se tambaleará.

the faster it will wobble.

And so then this is what we want to measure --

Y esto es lo que queremos medir:

how fast muons wobble in a magnetic field

Qué tan rápido se tambalean los muones en un campo magnético,

due to their interaction with all the particles and forces

debido a su interacción con todas las partículas y fuerzas del universo.

in the universe.

Now so far, no new particle or force outside of the standard model

Hasta ahora, no se ha descubierto ninguna partícula o fuerza nueva.

that could explain those big mysteries about our universe

Que pudiera explicar los grandes misterios de nuestro universo.

has ever been discovered.

But the point to reemphasize

Pero lo que hay que recalcar es que la velocidad en la que se mecen los muones

is that the rate or the speed by which muons wobble

when we place them in a magnetic field

cuando están en un campo magnético.

is directly defined by all the particles and forces in the universe

Se define directamente por todas las partículas y fuerzas del universo

that it comes into contact with.

con las que entran en contacto.

And so, if we can measure very precisely how fast they wobble,

Por lo tanto, si podemos medir con mucha precisión la rapidez con la que se mecen.

we can then compare that to the theoretical prediction

Podemos compararlo con la predicción teórica.

of how fast they should wobble

De cuán rápido deberían moverse,

from just the particles and forces of the standard model.

teniendo en cuenta solo las partículas del modelo estándar.

And then, if the measurement was found to be different and larger and disagree,

Además, si se descubriera que la medición es diferente y mayor y en desacuerdo.

then it would be an indication of new particles or forces

Entonces sería un indicio de la existencia de nuevas partículas o fuerzas,

outside of the standard model

ajenas al modelo estándar.

that could explain those big mysteries about our universe.

Que podrían explicar esos grandes misterios sobre nuestro universo.

An experiment I work on has done just that.

Un experimento en el que trabajo ha hecho precisamente eso.

This is the Muon g-2 experiment located at Fermilab,

Este es el experimento Muon G-2 ubicado en Fermilab, en las afueras de Chicago.

on the outskirts of Chicago.

This ring, which you can see here,

Este anillo, que pueden ver aquí.

is about 20 meters in diameter,

Tiene unos 20 metros de diámetro.

and it's what's called a storage ring magnet.

Y se conoce como un anillo magnético de almacenamiento.

It's a ring in which we store muons inside a magnetic field,

Es un anillo en el que almacenamos muones dentro de un campo magnético,

which causes them to wobble.

lo que hace que se tambaleen.

We then make our measurements of how fast they wobble

Luego medimos la rapidez con la que se tambalean

and compare that to the theory.

y lo comparamos con la teoría.

Now, this experiment released its first result in April of 2021,

Ahora bien, este experimento publicó su primer resultado en abril de 2021,

and the take-home message of this talk

y la moraleja de esta charla.

is that the result I am presenting to you here today,

Es que el resultado que les presento hoy, del experimento con el Muon G-2.

from the Muon g-2 experiment,

is the closest glimpse that we've had to seeing a new particle or force

Es lo más parecido que hemos tenido a ver una nueva partícula o fuerza

here in a laboratory on Earth.

en un laboratorio de la Tierra.

Y este es el resultado que tenemos aquí.

And this is that result here.

So let me take some time to explain to you what this graph is showing.

Así que permítanme tomarme un tiempo para explicarles lo que muestra este gráfico.

On the x-axis are the values for how fast muons wobble

En el eje x están los valores de la rapidez con la que se tambalean los muones

when we place them in a magnetic field.

cuando los colocamos en un campo magnético.

The green marker on the left

El marcador verde de la izquierda.

Es la predicción teórica de la rapidez en que se mecen.

is the theoretical prediction for how fast they wobble,

from just the particles of the standard model,

Comenzando desde las partículas del modelo estándar.

and the green band defines the uncertainty on that prediction.

Y la banda verde define la incertidumbre de esa predicción.

The orange marker on the right is the new experimental measurement

El marcador naranja de la derecha es la nueva medición experimental

from the Fermilab Muon g-2 experiment,

del muón G-2 de Fermilab,

and the orange band defines the uncertainty on that measurement.

La banda naranja define la incertidumbre de esa medición.

And by uncertainty, I mean we're statistically certain

Y con incertidumbre, me refiero que estamos estadísticamente seguros,

that both the prediction and the measurement,

que tanto la predicción como la medición, el valor parece en la respectiva barra,

the value for each should be inside their respective bands.

And what you can see is not only do those bands not overlap,

Y lo que se puede ver, es que esas bandas no solo no se superponen.

but they differ by quite a large amount,

Sino que difieren en gran medida.

that white gap in the middle indicating a clear disagreement

Y ese espacio blanco en el medio indica un claro desacuerdo entre ambos valores.

between the two values.

What this means is that when muons are placed in a magnetic field,

Lo que esto significa es que cuando los muones se colocan en un campo magnético.

they wobble faster than what the theory predicts.

Se tambalean más rápido de lo que predice la teoría.

So all the known particles and forces of the standard model

Por lo tanto, todas las partículas y fuerzas conocidas del modelo estándar.

have failed to predict how fast muons have wobbled.

No han podido predecir la rapidez con la que se tambalean los muones.

And what does this suggest?

¿Y qué sugiere esto?

Well, it suggests that there are new particles or forces

Bueno, sugiere que hay nuevas partículas o fuerzas

that aren’t part of that globally accepted theory

que no forman parte de esa teoría globalmente aceptada

interacting with the muons and causing them to wobble faster.

que interactúan con los muones y hacen que se tambaleen más rápido.

Ahora, una razón por la que los físicos están tan entusiasmados por ese resultado.

Now, a reason why physicists are so excited about this result

is that the chance that this result is a fluke, statistically,

Es que la probabilidad de que el resultado sea una casualidad, es de una en 40 000.

is one in 40,000.

So that's the same as saying that there's a 99.9975 percent chance

Es lo mismo que decir que hay una probabilidad del 99,9975 %,

that we've seen the influence of a new particle or force

que hayamos visto la influencia de una nueva partícula o fuerza.

here, in a laboratory on Earth.

Aquí, en un laboratorio de la Tierra.

Pero una palabra de cautela.

But a word of caution.

De hecho, los físicos establecen un umbral mucho más estricto

Physicists actually set a much stricter threshold

by which they can claim a discovery,

para presumir un descubrimiento.

Y es que la probabilidad de que sea un casualidad.

and that is the chance the result is a fluke

cannot be more than one in 3.5 million.

No puede ser mayor de una entre 3,5 millones.

Por lo tanto, aún no hemos alcanzado ese umbral de descubrimiento.

And so we haven't reached that discovery threshold yet,

Por lo que no podemos decir con certeza,

and so we can't definitively say

that we've seen the influence of a new particle or force.

que hayamos visto la influencia de una nueva partícula o fuerza.

And the reality is that,

Y la realidad es que, para alcanzar el umbral de una entre 3,5 millones.

to reach the one-in-3.5-million threshold,

there's a lot of work to be done.

Queda mucho trabajo por hacer.

But that work is being done right now

Pero ese trabajo se está haciendo ahora mismo.

and will continue to be done over the coming years.

Y se seguirá haciendo en los próximos años.

So what does this all mean?

Entonces, ¿qué significa todo esto?

Well, first, any result from the Muon g-2 experiment,

Bueno, primero, cualquier resultado del experimento con el Muon G-2.

even a result that says there were no new particles or forces,

Incluso un resultado que diga que no hay partículas o fuerzas nuevas.

would be a good result.

Sería un buen resultado.

That is science, right?

Eso es ciencia, ¿verdad?

Sometimes, it's not discovering new things,

A veces, no se trata de descubrir cosas nuevas.

sometimes, it's just confirming old things.

A veces, solo de confirmar cosas viejas.

E incluso si ese fuera el caso.

And even if that were the case,

the by-products of particle physics experiments

Los resultados de los experimentos de física de partículas.

have been advancing human civilization for much of the past 100 years.

Han impulsado la civilización humana durante los últimos 100 años.

Modern electronics, the internet, satellite navigation --

La electrónica moderna, Internet, la navegación por satélite.

these are all by-products of particle physics experiments or endeavors.

Son subproductos de experimentos o iniciativas de física de partículas.

And there's no telling

Y no se sabe lo que experimentos como el del Muon G-2.

what experiments like the Muon g-2 experiment

could do for us in the future.

Podrían entregarnos en el futuro.

But if that were the case, and we found no new particle or force,

Pero si ese fuera el caso y no halláramos ninguna nueva partícula o fuerza.

Entonces no seríamos capaces de explicar los grandes misterios de nuestro universo:

then we wouldn't be able to explain those big mysteries about our universe --

what is dark energy, what is dark matter

¿Qué es la materia oscura Y ¿a dónde se fue toda la antimateria?

and where did all the antimatter go?

Sea cual sea el resultado.

Whatever the outcome,

the Muon g-2 experiment will keep releasing results,

El experimento del Muon G-2 seguirá arrojando resultado en los próximos años.

in the next few years,

that will continue to test our understanding

que seguirán poniendo a prueba nuestra comprensión del tejido de la realidad.

of the fabric of reality.

I, for one, am really excited about it,

Yo, por mi parte, estoy muy entusiasmado y espero que se mantengan atentos.

and I really hope you stay tuned with us

to find out if we've definitively discovered a new particle or force,

Para saber si hemos descubierto una nueva partícula o fuerza.

for the first time.

Por primera vez.

Thank you very much.

Muchas gracias.

(Applause)

(Aplausos)