Los científicos insisten en que el protón ha ‘menguado’

Artículo publicado el 24 de enero de 2013 en SINC

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).

proton

Protón Crédito: Patrick Spiers


“Los quarks –dos up y un down por cada protón– 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 pueden 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–.

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 hidrogeno –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.


Referencia bibliográfica: A. Antognini, M. Diepold, T.W. Hänsch, T. Nebel, J. Vogelsang, R. Pohl et al. “Proton Structure from the Measurement of 2S−2P Transition Frequencies of Muonic Hydrogen”. Helen S. Margolis. “How big is the proton?” Science, 24 de enero de 2013.

Fecha Original: 24 de enero de 2013
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Comments (5)

  1. ¡Hola, ami@s!

    Curiosa noticias que, en realidad, no aclara nada y, si acaso, nos deja inmersos en la duda. De todas las maneras, algo falla aquí y, desde luego, esas “medidas” que mencionan, algo se ha dejado por detrás, dado que, una cosa está clara:

    La carga del protón en el núcleo iguala a la carga del electrón que lo rodea para constituir el átomo, y, si eso es así (que lo es), ¿qué es lo que ha cambiado en el protón? Al parecer todo sigue igual y, si el protón fuese diferente… ¡La que se podía formar!

    Si se refieren simplemente al tamaño pero todas las demás propiedades siguen igual… ¡qué más da! Como curiosidad estaría bien saber las medidas exactas pero, a efecrtos prácticos…

    ¿Por qué de vez en cuando, los físicos tratan de cambiar lo que funciona bien? Ahora cogen la perra con las medidas del protón, otro día (no me acuerdo del nombre), otro quería quitarle a Einstein el Nobel al decir que el fotón no era como lo describió en el efecto fotoeléctico. Otros se han empeñado en mediar la Constante de estructura fina (alfa), esa constante de la naturaleza que nes igual a 1/137 y que, si varia un poco, podemos decir adios a la vida en el planeta.

    En fin, que es uno más de los intentos por cambiar lo que funciona bien. ¿No sería mejor dedicar el tiempo a cosas más rentables? Por ejemplo, desvelar los secretos que esconde ese níumero puro y adimensional: 137 que esconde los secretos del electrón (e), de la constante de Planck (h) y, de la velocidad de luz (c).

    Lo de medir el protón no me parece que sea algo crucial, ya que, de serlo, ni estaríamos aquí para comentarlo.

    Buen fin de semana.

    • Max

      No entendí muy bien el comentario, pero la importancia de medir el tamaño del protón es clara, es una forma de poner a prueba la QCD (cromodinámica cuántica) y la QED (electrodinámica cuántica). Incluso hay quien ya insinúa que dicha discrepancia podría ocurrir por una interacción distinta entre el muón y el protón a la predicha teóricamente, es decir nueva física (aunque ciertamente aun es mucho mas probable que el error este en los experimentos). Y no olvidemos lo importante que fue para la historia de la física el estudio del hidrógeno.

      http://www.nature.com/news/shrunken-proton-baffles-scientists-1.12289

  2. reneco

    Sería interesante saber que es lo que se quiere medir, porque al hablar de tamaño del protón es asociarlo a un volumen de espacio, ¿pero que es lo que ocupa ese volumen? tendrían que ser campos porque la materia en sí no ocupa volumen sino que es una curvatura del espacio

    • JD

      Debería Ud. aclararse los conceptos antes de aventurarse con ellos para semejantes entreveros.

      • reneco

        Solo me interesa saber que es el tamaño de una partícula para los físicos porque por ejemplo los átomos son casi todo compuesto por vacío y lo que define el tamaño de un átomo no es la materia que en el contiene si no que el volumen de la nube electrónica que lo envuelve y esta no es fija y otro ejemplo sería el de los agujeros negros que lo que se puede interpretar como tamaño es el que define su horizonte de sucesos, pero el agujero negro en si es un punto sin dimensiones y por tanto sin tamaño

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