El viaje del muón

La dilatación del tiempo (de la que hablamos hace dos semanas) no se ha quedado solamente en una teoría sobre el papel. Adquirida la tecnología necesaria, se empezaron a realizar experimentos para demostrar, con datos físicos, que los efectos de la dilatación temporal son reales y posibilitan el viaje al futuro.

Uno de los experimentos más exitosos para demostrar la viabilidad de la teoría de la dilatación del tiempo fue realizada con unas pequeñas partículas: los muones. Antes de empezar con la explicación del experimento, veamos qué son estas partículas.

El muón es una partícula elemental, es decir, no está formada (que se sepa) por partículas más pequeñas ni tiene estructura interna. Los muones poseen carga eléctrica negativa y se producen cuando los rayos cósmicos alcanzan la atmósfera y chocan con los núcleos de los átomos de ésta, produciendo lluvias de partículas exóticas.

Pero no nos compliquemos, dejémoslo en que es una partícula similar a un electrón y veamos lo importante de ella. El experimento sobre los muones consistió en demostrar, como postula la teoría de la dilatación temporal, que la velocidad ralentiza el tiempo.

Para ello, se utilizaron estas partículas, que tienen un tiempo de vida medio de 2 microsegundos (0,000002 segundos). Tras este periodo, los muones se desintegran formando un electrón, un antineutrino electrónico y un neutrino muónico. Por tanto, el experimento consistió en que estos muones durasen más de los 2 microsegundos que acostumbran a vivir. ¿Cómo? Haciendo que para ellos el tiempo pasara más despacio.

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Dentro del acelerador de partículas

Para ello, se utilizó un acelerador de partículas y se aceleraron los muones a una velocidad cercana a la de la luz. Usando la teoría, se puede calcular que si aceleramos las partículas al 99.87% de la velocidad de la luz, el tiempo para éstas pasará 20 veces más despacio (podemos usar este software del que hablamos en el artículo sobre la dilatación temporal para comprobarlo sin hacer los cálculos a mano).

Mediante el acelerador de partículas, se pasó de la teoría a la práctica. Y tras la aceleración, los científicos observaron que los muones acelerados tardaban, efectivamente, veinte veces más en desintegrarse; es decir, que el tiempo pasaba para ellos veinte veces más lentamente, tal y como decía la teoría.

Habían viajado al futuro. Ningún muón, por su esperanza media de vida, podría ‘ver’ el mundo más de 2 microsegundos después de nacer; pero estos consiguieron ‘ver’ el interior del acelerador 40 microsegundos en el futuro.

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El viaje (natural) del muón

Esta fue la demostración de laboratorio (necesaria para sacar conclusiones fiables), pero la naturaleza lo mostraba por sí sola. Y es que antes de hacer este experimento, David Frisch y James Smith comprobaron la dilatación del tiempo sufrida por los muones de forma natural. Fue en 1963 en el Monte Washington. Y el objetivo era el mismo, demostrar que estas partículas podían durar más tiempo gracias a la velocidad.

Frisch y James midieron el flujo de muones en lo alto del Monte Washington (a casi 2.000 metros) y a nivel del mar. En la cima de la montaña, detectaron 568 muones por hora. Sabiendo que la vida media de un muón es de 2 microsegundos, a nivel del mar sólo deberían detectarse 27 por hora (prácticamente todos deberían haberse desintegrado durante ese recorrido). Este cálculo se puede hacer porque también sabemos a la velocidad que se mueven: a un 99.78% de la velocidad de la luz. Y esa es precisamente la clave.

Y es que a nivel del mar, Frisch y Smith detectaron 412 muones por hora. Casi todos los muones consiguieron recorrer los 2.000 metros antes de desintegrarse, cuando la mayoría de ellos sólo deberían haber podido recorrer 600 metros en sus 0,000002 segundos.

Estos resultados sólo podían explicarse aplicando la relatividad y el fenómeno de la dilatación temporal. Echando cuentas, teniendo en cuenta que la velocidad del muón tras cruzar la atmósfera es del 99.78% de la velocidad de la luz, la dilatación temporal debería ser de un factor 15. Es decir, el tiempo del muón, a esa velocidad, debería pasar 15 veces más despacio. Debería pasar de durar 2 microsegundos a durar 30.

Y eso es lo único que les permite llegar al suelo. Una rápida cuenta nos muestra que si viajamos 30 microsegundos a la velocidad de la luz podemos recorrer unos 9 kilómetros. Casi toda la distancia que hay desde que se cruza la troposfera hasta el suelo.

El experimento de Frisch y Smith fue filmado por John Friedman para el College physics film program

De nuevo, un muón que, tras nacer, sólo podría llegar a ‘ver’ el cielo de New Hampshire de los próximos 2 microsegundos, pudo observar la costa Oeste de Estados Unidos 30 microsegundos después de nacer, su futuro lejano.

Esta fue una demostración palpable de que la dilatación del tiempo era real y que era posible el «viaje en el tiempo» (entendiendo éste como la consecución de vivir en un momento futuro que por ley natural -nuestra esperanza de vida- jamás llegaríamos a presenciar). Un muón nacido ahora que, como mucho, podría llegar a ver el mundo dentro de 2 microsegundos, viajó al futuro y pudo presenciar la superficie de la Tierra 30 microsegundos después de su nacimiento. 

Es como si una persona consiguiera, en el transcurso de su vida normal, ver el mundo de dentro de 1.200 años. Y no es que viva 1.200 años. Como explicamos en el artículo sobre la dilatación temporal, para esa persona viajando a una velocidad cercana a la de la luz su vida pasaría a un ritmo normal y viviría hasta cumplir los 80 años, por ejemplo. Pero, en el transcurso de su viaje, en el mundo exterior habrían pasado 1.200 años. Si nació en el año 2000, antes de morir a los 80 años (todos ellos viajando a la velocidad de la luz), podría bajar a la Tierra y ver el mundo en el año 3.200. Habría viajado al futuro.