Cuando se exponen a campos eléctricos y magnéticos, las partículas del interior de un protón comienzan a moverse, lo que hace que el protón se deforme. Exactamente, cómo ocurre esto sigue siendo un misterio para los científicos.
Nuevas mediciones demuestran que el protón, una de las dos partículas que componen los núcleos atómicos, es más elástico de lo que creíamos. Pero los físicos están divididos sobre lo que esto significa: ¿desaparecerá esta anomalía en futuras mediciones, o tendrá que cambiar nuestra comprensión fundamental de la estructura de un protón?
Los protones contienen tres partículas más pequeñas llamadas quarks. Estas se mantienen unidas por otras partículas: los gluones. También contiene quarks y gluones “virtuales” de corta duración y otras partículas. Cuando un protón se expone a campos eléctricos y magnéticos, estos componentes internos comienzan a moverse porque tienen carga eléctrica. Como resultado, el protón se deforma.
La medida en que el protón puede estirarse viene determinada por la llamada polarizabilidad eléctrica y magnética. Estos dos parámetros, que se han medido con frecuencia, nos dicen más sobre la estructura interna del protón. Una de las primeras mediciones realizadas en el año 2000 demostró que, observando partes más pequeñas del protón, este se estira brevemente en respuesta a los campos magnéticos y eléctricos. Entonces vuelve a ser más rígido, o más difícil de deformar.
Mayor precisión
Pero estos resultados no eran muy precisos, y experimentos más recientes indicaron lo contrario: cuando se acercan las partes más pequeñas, el protón se vuelve en realidad más rígido, lo que también coincide totalmente con las predicciones del modelo estándar de la física de partículas.
Ahora, Nikolaos Sparveris, físico nuclear de la Universidad de Temple (Pensilvania), y sus colegas han medido la capacidad de estiramiento de un protón con mayor precisión. Él también vio que a ciertas escalas de longitud, el protón se vuelve más estirable tanto en campos eléctricos como magnéticos. Esto también se puso de manifiesto en el estudio de 2000. “Lo estamos viendo con mayor precisión”, dice Sparveris. “Así que la pelota está ahora en el campo de la teoría del modelo estándar”.
Para medir la capacidad de estiramiento de un protón, Sparveris y su equipo dispararon un haz de electrones de baja energía a un objetivo de hidrógeno líquido, cuyo núcleo atómico está formado por un protón. En esta configuración, ocurre lo siguiente: cuando un electrón del hidrógeno pasa por delante de un protón, produce un fotón. Eso crea un campo electromagnético que deforma el protón. Observando cómo se alejan los electrones y los protones, el equipo puede determinar cuánto se distorsiona cada protón con cada fotón.
No se toma en serio
Aunque el resultado anómalo es muy similar al del año 2000, la magnitud del efecto se reduce a más de la mitad. Así lo afirma Judith McGovern, física nuclear teórica de la Universidad de Manchester (Reino Unido). En general, es muy difícil medir la polarizabilidad de los protones a baja energía y con alta precisión, dice.
Tampoco hay una explicación lógica en las teorías actuales de por qué esa polarizabilidad llega a un pico, como lo hizo en el resultado de Sparveris. “Considero que la mayoría de la gente no se tomó muy en serio el resultado de 2000. Supongo que asumieron que no se encontraría de nuevo. Y si soy muy honesto, creo que la mayoría de la gente sigue asumiendo que desaparecerá por sí sola”. Las anomalías estadísticamente improbables en la física de partículas y nuclear tienden a desaparecer a medida que se dispone de más mediciones.
De vuelta al laboratorio
Diversos experimentos, como el uso de un haz de positrones (la contrapartida antimateria del electrón), podrían aportar más información en el futuro para determinar si existe realmente una anomalía o no, afirma McGovern.
Sparveris y su equipo tienen previsto seguir investigando: “Queremos descartar cualquier posibilidad de que esto se deba a un parámetro experimental o a un artefacto de nuestro experimento”, afirma.
Si la anomalía persiste, habrá que revisar nuestra comprensión de la estructura del protón. “Otras mediciones revelarán si este fenómeno se debe al experimento, pero parece haber una contradicción real entre la teoría y el experimento”, dice el profesor de física de partículas Juan Rojo, de la Vrije Universiteit de Ámsterdam. “La pregunta es: ¿qué nos dice esta contradicción? Y, en particular, ¿qué podemos aprender sobre la estructura de los protones si entendemos este tipo de cosas?”.
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