No se puede pesar las partículas más pequeñas del universo en una báscula de baño. Pero en un nuevo e inteligente experimento, los físicos han descubierto que una de esas partículas, el protón, es más ligera de lo que se pensaba anteriormente.

“Es una mejora significativa en cuanto a lo que la masa del protón se refiere”, dice Edmund Myers, un físico de la Universidad Estatal de Florida en Tallahassee, Estados Unidos, que no participó en el estudio. “No puedo ver ningún fallo en lo que han hecho. Han hecho un buen trabajo”.

Las pequeñas partículas positivamente cargadas conocidas como protones están en todas partes. Habitan el centro de cada átomo y constituyen la mayor parte del sol y otras estrellas. Son tan ligeras (tan sólo billonésimas de billonésimas de billonésimas de kilogramo) que no pueden ser pesadas por medios ordinarios. Pero en las últimas décadas, los físicos han combinado fuertes campos eléctricos y magnéticos en un dispositivo llamado una trampa de Penning para medir la masa del protón más y más precisamente. En estos experimentos, campos eléctricos y magnéticos atrapan el protón mientras que el campo magnético le obliga a moverse en un círculo. Mientras gira, el protón vibra, u oscila, a una frecuencia que está relacionada con su masa. Los investigadores pueden calcular la masa del protón midiendo esta frecuencia y comparándola con la de una referencia: típicamente, el núcleo de un átomo de carbono-12, que se define como 12 unidades de masa atómica.

Pero ningún experimento es perfecto. Los campos magnéticos varían en el tiempo y el espacio, causando pequeños errores de medición. Para reducir el impacto de estas fluctuaciones, un grupo de físicos en Maguncia, Alemania, cargaron el núcleo de carbono y el protón en trampas de almacenamiento separadas, y luego los transportaron rápidamente dentro y fuera de la trampa de medición. Aunque el intercambio del núcleo y del protón requería más de 30 minutos en experimentos previos, el grupo alemán sólo necesitó unos 3 minutos, limitando las posibilidades de que se acumularan errores. El equipo también añadió más detectores de movimiento a su configuración, lo que llevó a una medición con una precisión total de 32 partes por billón.

Los investigadores encontraron que la masa era 1.007276466583 unidades de masa atómica. Eso es aproximadamente 30 mil millonésimas por ciento más bajo que el valor promedio de experimentos pasados, una diferencia aparentemente pequeña que es realmente significativa por tres desviaciones estándar, según informó el equipo en la revista Physical Review Letters. (A modo de comparación, los científicos normalmente consideran que dos desviaciones estándar son suficientes para que un resultado experimental sea estadísticamente significativo).

Sven Sturm, físico del Instituto Max Planck de Física Nuclear en Heidelberg, Alemania, y líder del grupo, no está seguro de por qué otros investigadores midieron estas masas más altas, pero sospecha que existen fuentes ocultas de errores. Añade, sin embargo, que el resultado de su equipo coincide mejor que los anteriores con medidas recientes de la masa del átomo de helio-3, que está hecho de dos protones y un neutrón.

El equipo alemán ahora planea aumentar aún más la precisión midiendo el protón y el ion de carbono simultáneamente en trampas separadas, lo que eliminaría la incertidumbre provocada por las fluctuaciones del campo magnético. Un miembro del grupo también intentará pesar el antiprotón: el doble del protón cargado negativamente. Incluso una pequeña diferencia entre las masas del protón y del antiprotón podría ayudar a explicar por qué el universo que vemos está hecho de materia, y la antimateria es extremadamente rara. [Puedes leer en esta historia la legendaria detección de efímeros átomos de antimateria, y en esta otra la utilidad de la antimateria para propulsar naves en el espacio.]

Sturm también quiere que otros grupos de investigación realicen mediciones independientes, para asegurarse de que los resultados de su equipo no poseen error oculto alguno. (Los dos grupos principales que proporcionaron mediciones anteriores ya no se encuentran activos). “Estaría muy feliz de ver a más grupos haciendo mediciones con este nivel de precisión, para así realmente poder comparar valores y encontrar, espero, que son consistentes”, agregó.

Fuente: Science