El protón, uno de los bloques de construcción más conocidos y básicos de la materia, se aferra a algunos secretos. Una nueva medición encontró que el radio del protón es aproximadamente un 4 por ciento más pequeño de lo que se pensaba anteriormente.
Los protones son partículas elementales cargadas positivamente. Junto con los neutrones y los electrones, forman los átomos que construyen nuestro universo.
Los científicos descubrieron la sorprendente anomalía disparando rayos láser a una versión exótica de un átomo de hidrógeno, que a menudo consiste en un protón y un electrón. Los investigadores dijeron que la nueva medición ha mejorado la precisión del radio de protones conocido en un factor de diez.
El hallazgo significa que la teoría que gobierna la forma en que interactúan la luz y la materia (llamada electrodinámica cuántica o QED) debe ser revisada, o que una constante utilizada en muchos cálculos fundamentales es incorrecta, dijeron los investigadores.
Los científicos detallaron su descubrimiento en la edición del 8 de julio de la revista Nature.
"La medición de los autores utiliza un método novedoso que es más sensible que cualquiera de los métodos anteriores", escribió Jeff Flowers, del Laboratorio Nacional de Física de los EE. UU., En un ensayo adjunto en el mismo número de Nature. "Pero da un resultado que es significativamente discrepante del obtenido por el siguiente método más preciso, lo que arroja dudas sobre los cálculos de QED que subyacen a ambos métodos".
Flores no estuvo involucrado en la nueva medida.
Hidrógeno exotico
En el experimento, los investigadores utilizaron una versión especial de hidrógeno que contiene un protón y un muón, un primo exótico del electrón que pesa aproximadamente 200 veces más que un electrón. El muón, al igual que un electrón, es una partícula en forma de punto que orbita alrededor del protón más extendido.
"Piense en el protón como una nube borrosa de carga", describió el investigador principal, Randolf Pohl, del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica de Alemania. "No es una superficie dura, no una pelota".
De hecho, el muón puede incluso pasar directamente a través del protón, que contiene una gran cantidad de espacio abierto entre sus bloques de construcción constituyentes, tres partículas llamadas quarks.
El muón puede existir en diferentes estados de energía que afectan la forma en que orbita el protón. El tamaño del protón afecta estos estados y la cantidad de energía que se requiere para sacar un muón de uno y otro.
Y estos efectos se amplifican por la masa más grande del muón en comparación con un electrón, lo que permite a los investigadores la oportunidad de observar la mecánica orbital del átomo.
Voladura con láseres
Para conocer el tamaño del protón, los científicos ajustaron un rayo láser para explotar sus átomos de hidrógeno con cantidades muy específicas de energía, con la esperanza de estimular a los muones a saltar de un estado de energía a otro.
Durante mucho tiempo, no observaron ningún efecto en el rango que esperaban, y asumieron que su láser era defectuoso. Finalmente, los investigadores probaron un rango de energía completamente eliminado de la región esperada y encontraron exactamente la transición que estaban buscando.
"Cuando no estaba en la región razonable, extendimos nuestra región de búsqueda a lo irrazonable, y luego tuvimos esta indicación de una señal", dijo Pohl a WordsSideKick.com. "Estábamos realmente aturdidos".
Si se confirma el nuevo valor, podría significar que es necesario reescribir la física básica.
Quizás el valor de la llamada constante de Rydberg, que se utiliza para calcular el tamaño del protón, está desactivado. Si ese es el caso, otros cálculos fundamentales también necesitarán revisión.
O, tal vez, toda la teoría que describe esta y otras partículas, la electrodinámica cuántica, se malinterpreta.
"Si se confirman las discrepancias experimentales en lugar de encontrar errores, un trabajo de alta precisión como el de Pohl y sus colegas, no las colisiones de alta energía de los aceleradores gigantes, puede haber visto más allá del modelo estándar de física de partículas", escribió Flowers.
👉 El electrón tiene una carga eléctrica de −1,6 × 10−19 C y una masa de 9,1 × 10-31 kg , que es aproximadamente 1.800 veces menor que la masa del protón o a la del neutrón. El electrón es una partícula elemental (o al menos eso pensamos hoy en día), lo cual significa que no posee ningún tipo de subestructura.
👉 PROTÓN. Diámetro de un protón = 1,5 x 10 –12 mm.
👉 Prácticamente toda la masa del átomo se encuentra en el núcleo, ya que los electrones tienen una masa 1.835 veces menor que la del protón y el neutrón.
👉 Los protones son increíblemente pequeños, alrededor de 10-15 m, ¡10.000 veces más pequeños que un átomo! A pesar de su increíblemente pequeño tamaño, los protones se empujan entre sí con tremendas fuerzas, alrededor de 100 N, ¡comparables al peso de un perro pequeño!
👉 quarksGracias a la ciencia y a las investigaciones que se han desarrollado a lo largo de la historia, conocemos cuáles son las partículas más pequeñas que existen que se conocen como átomos. Dentro de estos átomos, existe la partícula más pequeña que conocemos que llevan por nombre quarks.
👉 Parte más pequeña de una sustancia que no se puede descomponer químicamente. Cada átomo tiene un núcleo (centro) compuesto de protones (partículas positivas) y neutrones (partículas sin carga).
👉 Quien descubrió el protón fue el químico y físico británico Ernest Rutherford (1871-1937). Después de experimentar con gas nitrógeno y detectar signos de lo que parecían ser núcleos de hidrógeno, Rutherford concluyó que probablemente esos núcleos se tratasen de partículas elementales.
👉 1 ¿Qué es un protón? ¿Qué es un protón? Un protón es una partícula subatómica con carga positiva que se encuentra en el núcleo de un átomo. Fue descubierto por primera vez por Ernest Rutherford en 1917, a través de su famoso experimento de dispersión de partículas alfa.
👉 La vida media de un protón es de 10 35 años. Antipartícula: el protón tiene una antipartícula, llamada antiprotón, que se caracteriza por tener carga negativa. Los protones y los neutrones se encuentran en el núcleo del átomo, por eso también son llamados nucleones. La masa de un protón es 1836 veces más grande que la de un electrón.
👉 Los especialistas pusieron a prueba a los protones disparando electrones a un objetivo de hidrógeno líquido frío. En principio, los quarks de los protones reaccionaron y se movieron como se esperaba.
El protón, uno de los bloques de construcción más conocidos y básicos de la materia, se aferra a algunos secretos.