No es fácil medir el radio del protón,
porque los quarks que lo componen no dejan de interaccionar. Aun así, la
comunidad científica ha fijado unos valores con los datos de
complicados métodos de medición, pero los resultados difieren si se usan
otras técnicas. Un equipo europeo ya apuntó hace unos años que el
protón es más pequeño de lo establecido y ahora lo vuelve a confirmar
con un nuevo estudio que publica Science.
“El electrón es una partícula como un punto, cuyo tamaño se ha medido en menos de 10-20
m, pero el protón, por el contrario, es una partícula compuesta de
otras más pequeñas y fundamentales: los quarks”, recuerda Aldo
Antognini, del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (Garching,
Alemania).
Protón Crédito: Patrick Spiers
“Los quarks –dos up y un down por cada protón– se mueven e interactúan de forma muy dinámica entre ellos y el torbellino que forman es el que da lugar al tamaño del protón”, explica a SINC el investigador.
Antognini y otros colegas europeos y de EE UU presentan esta semana en Science
un estudio que señala que el protón es más pequeño de lo que se cree.
Los resultados confirman lo que el mismo equipo ya publicó en Nature en
2010: “El protón parece ser 0,00000000000003 milímetros menor de lo que
pensaban los investigadores”.
En concreto, el denominado Committee on Data for Science and Technology
(CODATA) establece un radio de carga para el protón de entre 0,87 y
0,88 femtómetros (1 femtómetro son 10-15 m), mientras que los nuevos
resultados lo reducen a 0,84 femtómetros. El radio de carga eléctrica es
la extensión media de la ‘nube’ que generan los quarks –que están
cargados– al moverse.
Las diferencias parecen insignificantes,
pero pueden tener repercusiones físicas “serias”, según los expertos,
ya que sugieren que quizá haya un vacío en las teorías actuales de la
mecánica cuántica. Además, los protones, junto a los neutrones, forman
el núcleo atómico de cada átomo que existe en el universo.
El estudio también determina por primera
vez el radio magnético del protón –0,87 femtómetros–. Este otro radio
es la media de la distribución magnética dentro del protón, que viene
dada por los momentos magnéticos de los quarks y las corrientes que
producen al moverse.
Para llevar a cabo esta investigación,
el equipo ha empleado la espectroscopia láser del hidrógeno muónico. El
hidrógeno es el elemento más simple que existe, con un protón y un
electrón, aunque en el experimento se sustituye este último por un muón
–con carga negativa como el electrón pero con una masa 200 veces
superior–.
De esta forma se puede medir mejor el
protón, analizando determinadas transiciones que se producen en los
estados de este hidrógeno ‘exótico’. Antognini ha adelantado a SINC que su grupo tiene previsto investigar también con átomos de helio muónico.
Por su parte, los valores establecidos
por CODATA se basan en otras técnicas: espectroscópica del átomo de
hidrogeno –el normal, no muónico– y cálculos de electrodinámica cuántica
(QED, por sus siglas en inglés) para analizar la dispersión de carga
entre el protón y el electrón.
Algunos investigadores consideran que la
interpretación de los resultados de cada método de medición puede estar
detrás de las discrepancias. En cualquier caso, los científicos siguen
debatiendo cuál de todas estas técnicas es la mejor para encajar las
piezas del denominado ‘puzle del radio del protón”. El objetivo final,
descubrir el tamaño exacto de esta partícula esencial en el
funcionamiento del cosmos.
Referencia bibliográfica: A. Antognini, M. Diepold, T.W. Hänsch, T. Nebel, J. Vogelsang, R. Pohl et al. “Proton Structure from the Measurement of 2S−2P Transition Frequencies of Muonic Hydrogen”. Helen S. Margolis. “How big is the proton?” Science, 24 de enero de 2013.
Fecha Original: 24 de enero de 2013 Enlace Original
Fuente:
Ciencia Kanija