Hace ya diez años que los científicos se enfrentan a un difícil problema: el de medir el tamaño del protón

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Científicos confirman que el protón ha menguado

Los protones se pueden medir haciendo rebotar electroenes contra ellos, tal como se representa en la imagen – DOE’s Jefferson Lab

Hace ya diez años que los científicos se enfrentan a un difícil problema: el de medir el tamaño del protón, una partícula que forma el núcleo de los átomos, junto a los neutrones, y cuyo número es el que determina de qué elemento químico se trata y qué propiedades tiene. Por eso mismo, es fundamental conocer las características del protón con extrema precisión.

Con el paso del tiempo se han ido obteniendo diferentes valores para el tamaño del protón, para los científicos esto se llama «radio de carga», a medida que se empleaba cada vez una tecnología más refinada, por lo que la magnitud está envuelta en una considerable incertidumbre. Esta semana, una investigación publicada en « Nature» ha ofrecido una nueva estimación que indica que el protón ha menguado. Los autores han asegurado que la incertidumbre sobre el radio del protón está a punto de finalizar.

La medida más precisa hasta la fecha le otorga un radio de 0,8331 fentómetros, menos que lo asignado por mediciones anteriores

Tal como ha explicado Ryan F. Mandelbaum en « Gizmodo», hasta 2010 los científicos medían el tamaño del protón de dos modos: o bien dispersando electrones desde el protón o bien recurriendo al llamado efecto Lamb, por el que se puede estimar el tamaño del protón gracias a la diferencia de dos niveles de energía (los niveles son algo así como las distintas posiciones que puede ocupar un electrón), en un átomo compuesto por un protón y un electrón.

El efecto Lamb y la dispersión de electrones

El protón vuelve a menguar

Este mes, un grupo de investigadores colaboradores en el Laboratorio Jefferson, en Virginia (EEUU) publicó un artículo en la revista « Nature» donde mostraron su nueva estimación para el tamaño del protón a partir del método de la dispersión de electrones. La nueva estimación sitúa el tamaño del protón en los 0,831 fentómetros.

Ambos métodos habían permitido situar el radio del protón en torno a los 0,88 femtómetros: un fentómetro es la millonésima parte de un nanómetro, que a su vez es la millonésima parte de un milímetro, es decir, 10^-15 metros.

A partir de 2010, la situación cambió. Los investigadores comenzaron a usar los dos métodos con muones, algo así como una versión rara y pesada de los electrones. La ventaja es que los muones permiten hacer una estimación más precisa del tamaño o «radio de carga» del protón. Estos nuevos métodos permitieron obtener una nueva estimación para el tamaño de esta partícula subatómica: el problema es que el valor obtenido era considerablemente menor al anterior: 0,833 fentómetros. Tanto como para pensar si no habría algún fenómeno físico detrás de esa discrepancia.

Los científicos bombardearon un átomo de hidrógeno criogenizado con electrones, y midieron su dispersión y sus niveles energéticos resultantes. Gracias a las medidas hechas con elecrones poco desviados, a la utilización de varios detectores y a una serie de técnicas para reducir el nivel de ruido, pudieron afinar su estimación para el tamaño del protón.

«En mi opinión, este experimento pone punto final a este problema», ha dicho en Gizmodo Krzysztof Pachucki, investigador en la Universidad de Varsovia que no ha participado en el estudio pero que ha revisado la investigación.

Los autores del estudio pretenden seguir llevando a cabo nuevos experimentos para mejorar la precisión todavía más. «Lo que queríamos hacer realmente es ampliar los límites de precisión para este tipo de medidas», ha dicho en Gizmodo Haiyan Gao, investigador en la Universidad de Duke y uno de los portavoces de los investigadores. «Quizás en el camino encontremos una nueva física que podamos desvelar».

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