Los investigadores de la Universidad de York han realizado una medición precisa del tamaño del protón, un paso crucial para resolver un misterio que ha preocupado a los científicos de todo el mundo durante la última década, y han confirmado que son más pequeños de lo que se creía hasta ahora.

Los científicos creían conocer el tamaño del protón, pero eso cambió en 2010 cuando un equipo de físicos midió el valor del radio del protón en un cuatro por ciento más pequeño de lo esperado, lo que confundió a la comunidad científica. Desde entonces, los físicos del mundo han estado luchando para resolver el rompecabezas del radio de protones: la inconsistencia entre estos dos valores de radio de protones. Este rompecabezas es un importante problema sin resolver en la física fundamental de hoy.

Ahora, un estudio que se publicará en la revista ‘Science’ encuentra una nueva medida para el tamaño del protón a 0.833 femtómetros, que es un poco menos de una billonésima parte de un milímetro. Esta medida es aproximadamente un cinco por ciento más pequeña que el valor del radio aceptado previamente antes de 2010.

El estudio, dirigido por investigadores de la Facultad de Ciencias de la Universidad de York, presenta una nueva medición basada en electrones de cuán lejos se extiende la carga positiva del protón, y confirma el hallazgo de 2010 de que el protón es más pequeño de lo que se creía anteriormente.

“El nivel de precisión requerido para determinar el tamaño del protón hizo que esta sea la medición más difícil que nuestro laboratorio haya intentado”, explica el profesor de investigación Eric Hessels, del Departamento de Física y Astronomía, quien dirigió el estudio.

“Después de ocho años de trabajar en este experimento, nos complace registrar una medición de tan alta precisión que ayuda a resolver el escurridizo rompecabezas del radio de protones”, añade.

La búsqueda para resolver el rompecabezas del radio de protones tiene consecuencias de largo alcance para la comprensión de las leyes de la física, como la teoría de la electrodinámica cuántica, que describe cómo interactúan la luz y la materia.

Hessels, que es un físico reconocido internacionalmente y experto en física atómica, dice que tres estudios previos fueron fundamentales para tratar de resolver la discrepancia entre las determinaciones del tamaño del protón basadas en electrones y muones.

El estudio de 2010 fue el primero en usar hidrógeno muónico para determinar el tamaño del protón, en comparación con los experimentos anteriores que usaban hidrógeno regular. En ese momento, los científicos estudiaron un átomo exótico en el que el electrón es reemplazado por un muón, el primo más pesado del electrón.

Mientras que un estudio de 2017 que usaba hidrógeno coincidía con la determinación basada en muones de 2010 del radio de carga de protones, un experimento de 2018, que también usaba hidrógeno, respaldaba el valor anterior a 2010.

Hessels y su equipo de científicos pasaron ocho años enfocados en resolver el rompecabezas del radio de protones y comprender por qué el radio de protones adquirió un valor diferente cuando se midió con muones, en lugar de electrones.

El equipo de la Universidad de York estudió el hidrógeno atómico para comprender el valor desviado obtenido del hidrógeno muónico. Realizaron una medición de alta precisión utilizando la técnica de campos oscilatorios separados por desplazamiento de frecuencia (FOSOF), que desarrollaron para esta medición.

Esta técnica es una modificación de la técnica de campos oscilatorios separados que ha existido durante casi 70 años y le valió a Norman F. Ramsey un Premio Nobel. Su medición utilizó un haz rápido de átomos de hidrógeno creado al pasar protones a través de un objetivo de gas de hidrógeno molecular.

El método les permitió realizar una medición basada en electrones del radio de protones que es directamente análoga a la medición basada en muones del estudio de 2010. Su resultado concuerda con el menor valor encontrado en el estudio de 2010.

Fuente: EP