La gravedad no es lo que pensamos: el hallazgo científico que cambia más de 350 años de historia
Los científicos lograron capturar una instantánea inédita de la distribución de la fuerza dentro del protón, ofreciendo así nuevos conocimientos.
En el área de la física nuclear, un reciente estudio realizado por científicos en la Instalación del Acelerador Nacional Thomas Jefferson, respaldada por el Departamento de Energía de EE. UU., dejó al descubierto secretos hasta ahora ocultos en el nivel subatómico.
A través de esta investigación que conecta las teorías de la gravedad con las intrincadas interacciones de partículas más pequeñas, los científicos lograron capturar una instantánea inédita de la distribución de la fuerza dentro del protón, ofreciendo así nuevos conocimientos en esta escala diminuta.
Este descubrimiento, publicado en Reviews of Modern Physics y difundido por Science Daily reveló detalles cruciales sobre la estructura y las propiedades mecánicas del protón.
Detalles del estudio científico
La medición detallada que realizó el equipo científico comandado por Volker Burkert reveló que el esfuerzo cortante dentro del protón requiere una fuerza de más de cuatro toneladas para separar un quark de esta partícula fundamental. La naturaleza incolora del protón, debido a la propiedad 'color' de los quarks, impide la separación individual.
Los científicos, tras este logro, tienen como siguiente paso extraer información adicional de los datos existentes para determinar el tamaño mecánico exacto del protón. Además, anticipan aprovechar experimentos más recientes con mayores estadísticas y energía para continuar investigando la DVCS en el protón.
"En su punto máximo, esto supone más de una fuerza de cuatro toneladas que habría que aplicar a un quark para sacarlo del protón", explicó Burkert, quien sostuvo que "la naturaleza, por supuesto, no nos permite separar un solo quark del protón debido a una propiedad de los quarks llamada 'color'.
En ese sentido, explicó que "hay tres colores que mezclan quarks en el protón para que parezca incoloro desde el exterior, un requisito para su existencia en el espacio".
"Intentar extraer un quark coloreado del protón producirá un par quark/antiquark incoloro, un mesón, usando la energía que pones para intentar separar el quark, dejando atrás un protón (o neutrón) incoloro. Entonces, las 4 toneladas son una ilustración de la intensidad de la fuerza que es intrínseca en el protón", aseguró.
El resultado es sólo la segunda de las propiedades mecánicas del protón que se miden. Las propiedades mecánicas del protón incluyen su presión interna (medida en 2018), su distribución de masa (tamaño físico), su momento angular y su esfuerzo cortante.
Estudio científico: las teorías sobre las propiedades mecánicas del protón
La dispersión Compton profundamente virtual (DVCS) se destacó como un enfoque clave para superar las enormes diferencias de órdenes de magnitud entre la gravedad y la fuerza electromagnética.
Este avance no solo ofrece una visión sin precedentes de la fuerza intrínseca en el protón, sino que también abre nuevas vías teóricas para explorar sus propiedades mecánicas.
"Desarrollamos el programa para estudiar profundamente la dispersión Compton virtual. Aquí es donde tienes un electrón intercambiando un fotón virtual con el protón. Y en el estado final, el protón permaneció igual pero retrocedió, y tienes un fotón real de muy alta energía. producido, más el electrón disperso", dijo Latifa Elouadhriri, científica del Jefferson Lab y coautora del estudio.
Además, explicó: "En el momento en que tomamos los datos, no sabíamos que más allá de las imágenes tridimensionales que pretendíamos con estos datos, también estábamos recopilando los datos necesarios para acceder a las propiedades mecánicas del protón".
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Por lo tanto, este proceso específico de la dispersión Compton profundamente virtual (DVCS), podría estar relacionado con la forma en que la gravedad interactúa con la materia.
La versión general de esta conexión fue expuesta en el libro de texto de 1973 sobre la teoría general de la relatividad de Einstein titulado 'Gravitación' de Charles W. Misner, Kip S. Thorne y John Archibald Wheeler.
"Cualquier campo de espín-2 sin masa daría lugar a una fuerza indistinguible de la gravitación, porque un campo de espín-2 sin masa se acoplaría al tensor de tensión-energía de la misma manera que lo hacen las interacciones gravitacionales", decía la teoría.
Los estudios que ayudarán a determinar el tamaño cuántico del protón
Los investigadores aseguraron que su siguiente paso es trabajar en la extracción de la información que necesitan de los datos DVCS existentes para permitir la primera determinación del tamaño mecánico del protón.
Además, aprovecharían experimentos más nuevos, con mayores estadísticas y mayor energía, que continúan la investigación DVCS en el protón.
Con el Plan de Ciencia Nuclear de Largo Alcance 2023 en el horizonte, los científicos están entusiasmados con los futuros desarrollos y descubrimientos significativos que se avecinan en este campo.
"Y en mi opinión, esto es sólo el comienzo de algo mucho más grande que está por venir. Ya ha cambiado la forma en que pensamos sobre la estructura del protón. Ahora podemos expresar la estructura de las partículas subnucleares en términos de fuerzas, presión y tamaños físicos con los que también pueden identificarse los no físicos", celebró Burkert.
Este hallazgo fue posible gracias a múltiples investigaciones, comenzadas en la década de 1960. En esos años se teorizó la posibilidad de revelar las propiedades mecánicas del protón mediante la interacción gravitacional. Desde ese momento, esta área de estudio ha evolucionado a lo largo de décadas.
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