Los científicos nucleares han confirmado que la descripción actual de la estructura del protón no es perfecta. Ha habido un aumento en los datos de las sondas de la estructura del protón, según una nueva medición de precisión de la polarizabilidad eléctrica del protón en el Instalación aceleradora nacional Thomas Jefferson del Departamento de Energía de EE. UU..
Medición de precisión de cómo se deforma la estructura de un protón en un campo eléctrico ha revelado nuevos detalles sobre un aumento inexplicable en los datos de protones. Los tamaños de la polarizabilidad eléctrica del protón revelan cuán susceptible es el protón es a la deformación, o estiramiento, en un campo eléctrico. También confirmó la presencia de la anomalía y planteó dudas sobre su origen.
Además, una evaluación precisa de la polarizabilidad eléctrica del protón puede ayudar a cerrar la brecha entre las diversas explicaciones del protón. Un protón puede parecer una sola partícula opaca o una partícula compuesta que consta de tres quarks unidos por una fuerza fuerte, dependiendo de cómo se sondee.
Ruonan Li, el primer autor del nuevo artículo y estudiante de posgrado en la Universidad de Temple, dijo: “Queremos entender la subestructura del protón. Y podemos imaginarlo como un modelo con tres quarks balanceados en el medio. Ahora, pon el protón en el campo eléctrico. Los quarks tienen cargas positivas o negativas. Se moverán en direcciones opuestas. Por lo tanto, la polarizabilidad eléctrica refleja la facilidad con la que campo eléctrico distorsionará el protón.
Los científicos nucleares utilizaron una técnica conocida como dispersión Compton virtual para examinar esta distorsión. Comienza con un haz meticulosamente regulado de poderosos electrones de la Instalación Aceleradora de Haz de Electrones Continuos de Jefferson Lab. Los electrones se envían chocando contra los protones.
En la dispersión Compton virtual, los electrones interactúan con otras partículas emitiendo un fotón energético o una partícula de luz. La energía del electrón determina la energía del fotón que emite, que también determina cómo interactúa el fotón con otras partículas.
Mientras que los fotones más energéticos se dispararán dentro del protón para acoplarse con uno de sus quarks, los fotones de menor energía pueden rebotar en la superficie del protón. Según la teoría, aparecerá una curva suave cuando estas interacciones fotón-quark se representen de energías más bajas a más altas.
Nikos Sparveris, profesor asociado de física en la Universidad de Temple y portavoz del experimento, dijo que esta simple imagen no resistía el escrutinio. En cambio, las mediciones revelaron una protuberancia aún inexplicable.
“Vemos que hay una mejora local en la magnitud de la polarizabilidad. La polarizabilidad disminuye a medida que aumenta la energía, como se esperaba. Y, en algún momento, parece estar volviendo a subir temporalmente antes de bajar. Basado en nuestra comprensión teórica actual, debería seguir un comportamiento muy simple. Vemos algo que se desvía de este simple comportamiento. Y este es el hecho que nos está desconcertando en este momento”.
“La teoría predice que los electrones más energéticos sondean más directamente la fuerza fuerte, ya que une los quarks para formar el protón. Este extraño aumento en la rigidez que los físicos nucleares ahora han confirmado en los quarks del protón indica que una faceta desconocida de la fuerza fuerte puede estar en el trabajo”.
“Hay algo que nos estamos perdiendo en este punto. El protón es el único bloque de construcción compuesto en la naturaleza que es estable. Entonces, si nos falta algo fundamental allí, tiene implicaciones o consecuencias para toda la física”.
Los físicos dijeron, "El siguiente paso es desentrañar más los detalles de esta anomalía y realizar sondeos de precisión para verificar otros puntos de desviación y proporcionar más información sobre la fuente de la anomalía".
Sparveris dijo, “También necesitamos medir con precisión la forma de esta mejora. La forma es importante para dilucidar aún más la teoría”.
Referencia de la revista:
- Li, R., Sparveris, N., Atac, H. et al. La estructura electromagnética del protón medido se desvía de las predicciones teóricas. Naturaleza (2022). DUELE: 10.1038/s41586-022-05248-1
