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).
“Los quarks 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 puede 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–.
Distintas mediciones
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 hidrógeno –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.
