Si bien los protones pueblan el núcleo de cada átomo del universo, a veces pueden comprimirse en un tamaño más pequeño y deslizarse fuera del núcleo para jugar por sí mismos. La observación de estos protones comprimidos puede ofrecer información única sobre las partículas que forman nuestrouniverso.
Ahora, los investigadores que buscan estos protones comprimidos en la Instalación Aceleradora Nacional Thomas Jefferson del Departamento de Energía de EE. UU. Han llegado con las manos vacías, lo que sugiere que hay más en el fenómeno de lo que se pensaba. El resultado se publicó recientemente en Cartas de revisión física .
"Estábamos buscando exprimir el protón de manera que sus quarks tuvieran una configuración de tamaño pequeño. Y eso es algo bastante difícil de hacer", dijo Holly Szumila-Vance, científica del personal del Laboratorio Jefferson.
Los protones están formados por tres quarks unidos por la fuerza fuerte. En un protón ordinario, la fuerza fuerte es tan fuerte que se escapa, lo que hace que el protón se adhiera a otros protones y neutrones a su alrededor en el núcleo.cromodinámica, o QCD, la teoría que describe cómo interactúan los quarks y la fuerza fuerte. En QCD, la fuerza fuerte también se conoce como la fuerza del color.
Sin embargo, QCD también predice que el protón puede exprimirse de tal manera que los quarks se unan más, esencialmente envolviéndose con tanta fuerza en la fuerza del color que ya no se escapa del protón. Cuando eso sucede, el protón nose adhiere más tiempo a otras partículas y puede moverse libremente a través del núcleo. Este fenómeno se llama "transparencia de color", ya que el protón se ha vuelto invisible a la fuerza del color de las partículas que lo rodean
"Es una predicción fundamental de la cromodinámica cuántica, la teoría que describe estas partículas", explicó Szumila-Vance.
Un experimento anterior mostró transparencia de color en partículas más simples hechas de quarks llamados piones. Donde los protones tienen tres quarks, los piones tienen solo dos. Además, otro experimento realizado con protones también sugirió que los protones también pueden exhibir transparencia de color a energías dentro dealcance de las instalaciones recientemente mejoradas en Jefferson Lab.
"Esperábamos encontrar los protones comprimidos como los piones", dijo Dipangkar Dutta, profesor de la Universidad Estatal de Mississippi y portavoz del experimento. "Pero fuimos a energías cada vez más altas y todavía no las encontramos".
El experimento fue uno de los primeros en ejecutarse en la instalación del acelerador de haz de electrones continuo, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE, luego de su actualización de 12 GeV. En el experimento, los físicos nucleares dirigieron electrones de alta energía del CEBAF a los núcleosde átomos de carbono. Luego midieron los electrones salientes y cualquier protón que saliera.
"Este fue un experimento emocionante del que ser parte. Fue el primer experimento que se llevó a cabo en la Sala Experimental C después de que mejoramos la sala para la ejecución de 12 GeV", dijo Szumila-Vance. "Estos fueron los protones de mayor impulso medidosen Jefferson Lab, y los protones de mayor cantidad de movimiento jamás producidos por dispersión de electrones ".
"En las energías que estamos probando, el protón suele estar diezmado, y estás mirando los restos del protón", explicó Dutta. "Pero en nuestro caso, queremos que el protón siga siendo un protón, y el únicoLa forma en que eso puede suceder es que si los quarks se aprietan, se abrazan mucho más fuerte para que puedan escapar juntos del núcleo ".
Si bien los físicos nucleares observaron varios miles de protones en el experimento, no encontraron los signos reveladores de la transparencia del color en los nuevos datos.
"Creo que esto nos dice que el protón es más complicado de lo que esperábamos", dijo Szumila-Vance. "Esta es una predicción fundamental de la teoría. Sabemos que tiene que existir a alguna alta energía, pero simplemente no 'aún no sé dónde sucederá eso ".
Los investigadores dijeron que el siguiente paso es comprender mejor el fenómeno en partículas más simples donde ya se ha observado, de modo que se puedan hacer predicciones mejoradas para partículas más complejas, como los protones.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Instalación del Acelerador Nacional Thomas Jefferson . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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