Una mirada a la estructura interna de un protón muestra cómo su masa no es tan grande: ScienceAlert

El humilde protón es la columna vertebral del universo físico. Sus propiedades definen la química, gobernando las bandas de electrones que construyen átomos en moléculas y moléculas en asombrosa complejidad.

Por lo que sabemos sobre su comportamiento, la estructura interna de un protón es un desorden caótico de actividad que los científicos aún están desentrañando.

Un nuevo experimento realizado en la Instalación del Acelerador Nacional Thomas Jefferson del Departamento de Energía de EE. UU. ha arrojado luz sobre este misterio, revelando más sobre las entrañas de los protones y cómo se ensambla la materia en sí misma en la escala más pequeña.

Investigadores de todo Estados Unidos han podido medir los movimientos de diminutas partículas fundamentales llamadas gluones que mantienen unidos a los protones. Anteriormente denominada factor de forma gravitacional gluónico de un protón, esta medida sirve como una especie de ventana a la estructura de masa de una partícula nuclear cargada positivamente.

Lo que el equipo descubrió es que el radio de masa de un protón es diferente del radio que cubre su distribución de carga eléctrica y, a menudo, se usa como un indicador del tamaño de un protón. Si bien no se espera necesariamente que estos valores coincidan, las diferencias entre ellos pueden brindar más información a los científicos sobre cómo se agrupa un protón.

«El radio de esta estructura de masa es más pequeño que el radio de la carga, por lo que nos da una idea de la jerarquía de la masa frente a la estructura de carga del núcleo». Él dice Mark Jones, científico sénior de la Instalación del Acelerador Nacional Thomas Jefferson en Virginia.

Dado que los gluones carecen de carga y masa, sus medidas deben tomarse indirectamente, como los productos de descomposición de los pares quark-antiquark conocidos como mesones. El experimento involucró un haz de electrones y un haz de fotones que pasaban a través de hidrógeno líquido, lo que desencadenó interacciones que produjeron un tipo de mesón llamado partícula J/.

Al medir las consecuencias de las partículas J/ y comparar los resultados con modelos teóricos, los científicos calcularon las diferentes distribuciones de masa y carga eléctrica dentro de un protón.

Un radio más grande de carga eléctrica significa que la masa del protón está concentrada, lo que sugiere que algunos gluones pueden extenderse más allá, posiblemente confinar, a los quarks portadores de masa.

No se deje engañar por la naturaleza difusa del protón. Debajo del capó hay un zumbido de rareza, de partículas cuánticas que aparecen y desaparecen de formas que dificultan el mapeo. Saber más sobre la estructura de la masa y la carga del protón depende de nuestra comprensión básica de las partículas que componen el universo que nos rodea.

Sin embargo, todavía hay mucho trabajo por hacer. Estos resultados dependen en parte de los modelos teóricos mencionados, así como de las observaciones experimentales, y aún no está claro exactamente cómo se distribuye la masa del protón y cómo se relaciona con la actividad del gluón.

Ya se planean estudios futuros, que incluyen diferentes herramientas, técnicas experimentales y un mayor nivel de precisión. En poco tiempo, podríamos saber exactamente qué hace funcionar a un protón.

“En resumen, para mí, ahora hay entusiasmo”, Él dice Meziani. «¿Podemos encontrar una manera de confirmar lo que estamos viendo? ¿Se mantendrá esta nueva información de imagen?»

«Pero para mí, eso es realmente muy emocionante. Porque si pienso ahora en un protón, ahora tenemos más información que nunca».

Investigación publicada en naturaleza.