- Los investigadores acaban de descubrir dónde está la masa secreta de los protones.
- Los físicos saben desde hace mucho tiempo que los protones son más masivos de lo que están hechos, pero no sabíamos dónde estaba esa masa en la partícula.
- Resulta que estuvo justo en el centro del protón todo el tiempo.
Por lo general, cuando hablamos de masa, nos referimos a la cantidad de materia en un objeto. Todo, desde tu cuerpo hasta un agujero negro, está compuesto de materia, y al sumar toda esa materia, obtienes la masa de un objeto.
Pero, como todo lo demás, la masa puede torcerse un poco en el mundo cuántico. Los físicos se han preguntado durante mucho tiempo por qué los protones son más masivos que la materia que los constituye, y recientemente parecen haberlo descubierto.
Los protones están formados físicamente por tres piezas más pequeñas llamadas quarks de valencia, los constituyentes fundamentales absolutos de la materia. No están hechos de otra cosa: un quark es lo más pequeño y básico posible. Pero la suma de la masa de los quarks por sí sola no da la masa del protón.
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Durante varias décadas, los investigadores han ensamblado lo que constituye el resto de la masa. Primero, los movimientos de los quarks en realidad producen masa. En segundo lugar, la masa es generada por la fuerza que mantiene unidos a todos los quarks. Conocida como la fuerza fuerte, se manifiesta como algo llamado «gluones». Y finalmente, las interacciones entre quarks y gluones producen el resto de la masa.
Si crees que suena más a energía que a masa, solo recuerda a nuestro buen viejo amigo, e=mc2.
Entonces, con el tiempo, hemos teorizado bastante sobre qué está creando toda esa masa extra que «no debería estar allí». Pero aunque sabemos que existe, no hemos podido determinar de dónde vino. No pensarías que podría esconderse mucho en un espacio tan pequeño como un solo protón, pero esa masa adicional ha demostrado durante mucho tiempo que ese pensamiento era erróneo.
Sin embargo, en un artículo reciente, los científicos finalmente pudieron hacer precisamente eso. Si bien uno pensaría que esta masa secreta de alguna manera se distribuiría por todo el protón, resulta que todo ha estado al acecho en el centro todo este tiempo. Los investigadores pudieron determinar un «radio de masa» mucho más pequeño que el llamado radio de carga, la medida que generalmente se usa para definir el tamaño de una partícula. Las partículas como los protones no tienen límites estrictos, por lo que es un poco difícil medirlas.
El experimento que dio este resultado fue complicado, pero nuevamente, los experimentos de física de partículas rara vez son sencillos. Esto implicó disparar un haz de electrones a un bloque de cobre, lo que provocó que esos electrones emitieran paquetes de luz, llamados fotones, que luego golpearon un montón de protones en un depósito de hidrógeno líquido.
Algunas de estas interacciones fotón-protón produjeron partículas llamadas partículas J/psi, que se componen de pares de quarks encanto/anti-encanto (los quarks tienen nombres extraños; una variedad en realidad se llama «extraño») y se descomponen rápidamente en pares de electrones. y positrones.
Hay muchas partículas y desintegraciones a seguir, pero todo se une. Al centrarse solo en las interacciones que produjeron estas partículas J/psi, los investigadores pudieron determinar el radio de estos gluones de fuerza fuerte en lugar del radio de carga general del protón. Y este rayo de gluón Este el radio de masa en el que se nos ha ocultado toda esa masa de protones adicional durante décadas.
Cuando los investigadores han revisado estos números de una forma u otra, incluso Más Usando modelos informáticos complicados, también pudieron confirmar qué cantidad de esta nueva masa extra fue absorbida por diferentes tipos de gluones.
En el futuro, los investigadores esperan profundizar en la física de partículas J/psi. Pero dado que los científicos que hicieron este descubrimiento estaban buscando algo completamente diferente y descubrieron este resultado por accidente, parece que ya están a la vanguardia.
«En última instancia, para mí, hay una emoción en este momento. ¿Podríamos encontrar una manera de confirmar lo que estamos viendo? ¿Se mantendrá esta nueva imagen?» Zein-Eddine Meziani, científico del Laboratorio Nacional Argonne del DOE y co-portavoz del experimento, en un comunicado de prensa. «Pero para mí, es muy, muy emocionante. Porque si pienso en un protón ahora, ahora tenemos más información sobre él que nunca antes».
Editor adjunto de noticias
Jackie es escritora y editora de Pensilvania. Le gusta especialmente escribir sobre el espacio y la física, y le gusta compartir las extrañas maravillas del universo con cualquiera que quiera escuchar. Sus dos gatos la vigilan en la oficina de su casa.
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