Hace algunos años, una nueva técnica de medición sugirió que los protones pueden ser más pequeños de lo que se suponía desde la década de 1990. La discrepancia ha sorprendido a la comunidad científica, algunos investigadores incluso creen que habrá que cambiar el Modelo Estándar de la física de partículas. Los físicos de las Universidades de Bonn y la Universidad Tecnológica de Darmstadt ahora han desarrollado un método que les permite analizar los resultados experimentales anteriores y más recientes de manera más completa que antes. La investigación aparece en Physical Review Letters.
Nuestras sillas de oficina, el aire que respiramos, las estrellas en el cielo nocturno: todos están hechos de átomos, que a su vez están hechos de electrones, protones y neutrones. Los electrones están cargados negativamente, según el conocimiento actual, no están expandidos, sino más bien puntuales. Los protones con carga positiva son diferentes: tienen un radio de 0,84 femtómetros, según las mediciones actuales.
Sin embargo, hasta hace unos años, se pensaba que eran 0,88 femtómetros, una pequeña diferencia que causó gran revuelo entre los expertos. Porque no es tan fácil de explicar. Algunos expertos incluso creen que muestra que el modelo estándar de la física de partículas es incorrecto y debe revisarse. “Sin embargo, nuestro análisis muestra que esta diferencia entre las medidas antiguas y las nuevas no existe en absoluto”, explica el Prof. Dr. Ulf Meißner del Instituto Helmholtz de Radiación y Física Nuclear de la Universidad de Bonn. “En cambio, los valores antiguos están sujetos a errores sistemáticos y hasta ahora han sido muy subestimados”.
Para determinar el radio de un protón, uno puede bombardearlo con un haz de electrones en un acelerador. Cuando un electrón y un protón chocan, ambos cambian su dirección de movimiento, similar a la colisión de dos bolas de billar. En física, este proceso se llama dispersión elástica. Cuanto más grande es el protón, con mayor frecuencia ocurren tales colisiones. Por lo tanto, su expansión se puede calcular por el tipo y grado de dispersión.
Cuanto mayor sea la velocidad del haz de electrones, más precisa será la medición. Sin embargo, esto también aumenta el riesgo de que se formen nuevas partículas cuando chocan electrones y protones. “Esto sucede cada vez con más frecuencia a altas velocidades o energías”, explica Meißner, quien también está involucrado en las áreas de investigación interdisciplinarias “Matemáticas, Modelado y Simulación de Sistemas Complejos” y “Edificios e Interacciones Fundamentales de la Materia”. equipo. “A su vez, los eventos de dispersión elástica son cada vez más raros. Por lo tanto, para las mediciones del tamaño de los protones, hasta ahora solo se han utilizado datos del acelerador donde los electrones tienen energías relativamente bajas”.
Sin embargo, en principio, las colisiones que producen otras partículas también podrían proporcionar pistas importantes para comprender la forma de los protones. Lo mismo ocurre con otro fenómeno que ocurre a altas velocidades del haz de electrones: la llamada aniquilación de electrones y positrones. El profesor Hans-Werner Hammer de la Universidad Técnica de Darmstadt dijo: “Hemos desarrollado una base teórica con la que también se puede calcular el radio del protón a partir de este tipo de evento. Esto nos permite tener en cuenta los datos que se han perdido hasta ahora”. ”
Con este método, los físicos volvieron a analizar las lecturas de experimentos anteriores y más recientes, incluidas las sugeridas previamente en 0,88 femtómetros. Sin embargo, con su método, los investigadores obtuvieron un resultado de 0,84 femtómetros; este es también el radio encontrado en nuevas mediciones basadas en un método completamente diferente.
Entonces, los protones en realidad parecen ser alrededor de un 5% más pequeños de lo que se suponía en las décadas de 1990 y 2000. Al mismo tiempo, el método de los investigadores también permite nuevos conocimientos sobre la estructura fina de los protones y sus “hermanos” sin carga, el neutrón. Como tal, nos está ayudando a comprender mejor la estructura del mundo que nos rodea.
