Cuando se cruzan dos haces de luz, lo hacen sin molestarse mutuamente. Ni se empujan ni se desvían: simplemente se atraviesan. Es una propiedad tan común que suele pasar desapercibida. Sin embargo, un grupo de físicos acaba de demostrar que, bajo ciertas condiciones, la luz sí puede interactuar consigo misma. Este fenómeno, apenas perceptible, podría esconder algunas de las respuestas más buscadas en la física contemporánea. Los fotones esconden más secretos de los que pensábamos.
El hallazgo, publicado en Physical Review Letters, parte de un nuevo análisis sobre cómo la luz puede generar partículas invisibles al encontrarse consigo misma, un proceso llamado dispersión de luz por luz. Lo novedoso está en la inclusión de un tipo de partículas intermedias hasta ahora poco consideradas: los mesones tensoriales. Su efecto, según los autores del estudio, ha sido subestimado durante años, y su incorporación mejora significativamente el encaje teórico con los resultados experimentales sobre una propiedad clave: el momento magnético del muón (¿sabes lo que es un átomo muónico?).
Un comportamiento cuántico insólito
La física clásica enseña que los fotones, partículas de luz, no interactúan entre ellos. Por eso, los haces se atraviesan sin consecuencias. Pero en el mundo cuántico, esa regla deja de ser estricta. La teoría predice que, en condiciones energéticas suficientemente extremas, dos fotones pueden dispersarse mutuamente. El resultado no es una explosión ni una fusión visible, sino una alteración sutil, mediada por partículas que no se ven.
Este fenómeno, conocido como dispersión de luz por luz (light-by-light scattering), fue observado por primera vez de forma indirecta en el acelerador de partículas del CERN. En esas condiciones, la energía involucrada permite la aparición fugaz de partículas virtuales: entidades que emergen del vacío, interactúan por un instante y desaparecen. A pesar de su brevedad, su efecto es medible, y se ha convertido en una herramienta valiosa para poner a prueba los límites del modelo estándar de física de partículas.
Estas partículas intermedias no son detectables por sí mismas, pero alteran de manera precisa la trayectoria o propiedades de otras partículas reales. Como explica el estudio: “Aunque estas partículas virtuales no pueden observarse directamente, tienen un efecto medible sobre otras partículas”.
Mesones que lo cambian todo
La novedad de este trabajo está en haber reevaluado el papel de los mesones tensoriales, un tipo de partículas formadas por un quark y un antiquark, como otros mesones, pero con una configuración de espín diferente. Hasta ahora, se pensaba que su contribución a la dispersión de luz por luz era mínima, casi despreciable. Pero el equipo de TU Wien ha demostrado que su impacto es mayor y de signo opuesto al que se creía, lo que cambia el resultado total de los cálculos teóricos.
El estudio afirma que “los mesones tensoriales influyen en las propiedades magnéticas de los muones a través del efecto de dispersión luz-luz”, lo cual permite poner a prueba con mayor precisión el modelo estándar. Al incluir sus contribuciones de forma más realista, el desajuste entre teoría y experimento en el valor del momento magnético del muón se reduce considerablemente, cerrando una discrepancia que durante años ha alimentado la hipótesis de una posible "nueva física".
Un modelo holográfico y cinco dimensiones
Para lograr este avance, los investigadores no solo revalorizaron el papel de los mesones tensoriales: también aplicaron un enfoque teórico poco convencional. Se trata de la QCD holográfica, un marco que traduce las interacciones de partículas en un espacio de cinco dimensiones donde se incluyen efectos gravitacionales. Esta técnica permite resolver ciertos problemas que, en el espacio tridimensional, resultan demasiado complejos.
En este modelo, los mesones tensoriales se comportan como gravitones en cinco dimensiones, una analogía que simplifica las ecuaciones. Al simular estos procesos en un espacio más amplio y luego proyectarlos de nuevo al mundo físico conocido, el resultado se ajusta mejor a los datos experimentales y completa lagunas que otras aproximaciones dejaban abiertas.
El enfoque holográfico permitió comprobar que los mesones tensoriales contribuyen en torno al 12 % de una restricción clave del modelo, conocida como "restricción de corta distancia simétrica". Al combinar este resultado con el aporte de los mesones axiales (81 %), el ajuste final alcanza el 93,4 %. Según los autores, este porcentaje podría aumentarse hasta el 98 % con pequeños ajustes adicionales en los parámetros del modelo.
¿Y qué tiene que ver todo esto con los muones?
El momento magnético del muón, una partícula elemental similar al electrón pero más pesada, se ha convertido en uno de los focos más importantes de la física actual. Su valor, medido con gran precisión, no encaja del todo con las predicciones del modelo estándar, lo que ha generado numerosas teorías alternativas.
Los efectos de la dispersión de luz por luz son una de las fuentes principales de incertidumbre en estos cálculos. Por eso, cualquier mejora en la estimación de estas contribuciones —como la que ofrece el nuevo estudio— tiene un impacto directo en la búsqueda de nuevas partículas o interacciones.
El trabajo demuestra que los mesones tensoriales aportan una corrección positiva, especialmente en la región de bajas energías, de aproximadamente 8,5 × 10-11. La cifra total, considerando también regiones mixtas, se eleva hasta 11,1 × 10-11, acercando la predicción teórica a los valores medidos experimentalmente en Fermilab y en simulaciones de QCD en red.
Partículas virtuales que existen y no existen
Una de las frases más sugerentes del estudio habla de partículas que “existen y no existen al mismo tiempo”. Esta expresión, aunque paradójica, refleja de forma precisa un fenómeno real en la física cuántica. Las llamadas partículas virtuales no pueden observarse directamente, pero su existencia se deduce por los efectos que producen en otras partículas.
Estas partículas emergen brevemente durante una interacción y desaparecen sin dejar rastro visible, pero modifican las propiedades del sistema de forma medible. En ese sentido, no "existen" como una entidad estable y detectable, pero tampoco pueden considerarse inexistentes. Son una herramienta indispensable para que las teorías cuánticas funcionen, especialmente en procesos como la dispersión de luz por luz.
Este tipo de paradojas no es un error ni una licencia poética, sino una consecuencia del principio de incertidumbre y de la naturaleza probabilística de la mecánica cuántica. A nivel divulgativo, decir que “existen y no existen a la vez” es una forma válida y potente de explicar cómo funcionan estas entidades tan peculiares.
Referencias
- Jonas Mager, Luigi Cappiello, Josef Leutgeb y Anton Rebhan. Longitudinal short-distance constraints on hadronic light-by-light scattering and tensor-meson contributions to the muon g − 2. Physical Review Letters. https://doi.org/10.1103/dxwr-gpsl.
