Cientistas nucleares confirmaram que a descrição atual da estrutura do próton não é perfeita. Houve um aumento nos dados em sondas da estrutura do próton, de acordo com a nova medição de precisão da polarizabilidade elétrica do próton no Instalação do Acelerador Nacional Thomas Jefferson do Departamento de Energia dos EUA.
Medição de precisão de como a estrutura de um próton se deforma em um campo elétrico revelou novos detalhes sobre um aumento inexplicável nos dados de prótons. Os tamanhos da polarizabilidade elétrica do próton revelam quão suscetível a próton é a deformação, ou alongamento, em um campo elétrico. Também confirmou a presença da anomalia e levantou dúvidas sobre sua origem.
Além disso, uma avaliação precisa da polarizabilidade elétrica do próton pode ajudar a preencher a lacuna entre as várias explicações do próton. Um próton pode parecer uma única partícula opaca ou uma partícula composta consistindo de três quarks mantidos juntos por uma força forte, dependendo de como é sondado.
Ruonan Li, o primeiro autor do novo artigo e estudante de pós-graduação na Temple University, disse: “Queremos entender a subestrutura do próton. E podemos imaginá-lo como um modelo com três quarks equilibrados no meio. Agora, coloque o próton no campo elétrico. Os quarks têm cargas positivas ou negativas. Eles vão se mover em direções opostas. Assim, a polarizabilidade elétrica reflete a facilidade com que o campo elétrico distorcerá o próton.”
Os cientistas nucleares utilizaram uma técnica conhecida como espalhamento virtual de Compton para examinar essa distorção. Ele começa com um feixe meticulosamente regulado de elétrons poderosos da Instalação de Acelerador de Feixe de Elétron Contínuo do Jefferson Lab. Os elétrons são enviados colidindo com prótons.
No espalhamento virtual Compton, os elétrons interagem com outras partículas emitindo um fóton energético ou partícula de luz. A energia do elétron determina a energia do fóton que ele emite, que também determina como o fóton interage com outras partículas.
Enquanto os fótons mais energéticos disparam dentro do próton para se envolver com um de seus quarks, fótons de energia mais baixa podem ricochetear na superfície do próton. De acordo com a teoria, uma curva suave aparecerá quando essas interações fóton-quark forem plotadas de energias mais baixas para mais altas.
Nikos Sparveris, professor associado de física da Temple University e porta-voz do experimento, disse que essa imagem simples não resistiu ao escrutínio. As medições, em vez disso, revelaram um inchaço ainda inexplicável.
“Vemos que há algum aprimoramento local na magnitude da polarizabilidade. A polarizabilidade diminui à medida que a energia aumenta, como esperado. E, em algum momento, parece estar subindo temporariamente novamente antes de cair. Com base em nosso entendimento teórico atual, deve seguir um comportamento muito simples. Vemos algo que se desvia desse comportamento simples. E este é o fato que está nos intrigando no momento.”
“A teoria prevê que os elétrons mais energéticos estão sondando mais diretamente a força forte, pois une os quarks para formar o próton. Este pico estranho na rigidez que os físicos nucleares agora confirmaram nos quarks do próton sinaliza que uma faceta desconhecida da força forte pode estar em ação.”
“Há algo que estamos perdendo neste momento. O próton é o único bloco de construção composto na natureza que é estável. Então, se estamos perdendo algo fundamental lá, isso tem implicações ou consequências para toda a física.”
Os físicos disseram, “O próximo passo é descobrir mais detalhes dessa anomalia e conduzir sondas de precisão para verificar outros pontos de desvio e fornecer mais informações sobre a origem da anomalia.”
Sparveris dito, “Também precisamos medir com precisão a forma desse aprimoramento. A forma é importante para elucidar ainda mais a teoria.”
Jornal de referência:
- Li, R., Sparveris, N., Atac, H. et ai. A estrutura eletromagnética de prótons medida desvia-se das previsões teóricas. Natureza (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05248-1
