Dentro de cada protón en cada átomo en el universo hay un entorno de olla a presión que supera el corazón de una estrella de neutrones que aplasta los átomos. Eso es de acuerdo con la primera medición de una propiedad mecánica de partículas subatómicas, la distribución de presión dentro del protón, quefue realizado por científicos del Centro Nacional de Aceleradores Thomas Jefferson del Departamento de Energía.
Los físicos nucleares descubrieron que los bloques de construcción del protón, los quarks, están sujetos a una presión de 100 decillones de Pascal 1035 cerca del centro de un protón, que es aproximadamente 10 veces mayor que la presión en el corazón de una estrella de neutronesEl resultado fue publicado recientemente en la revista Naturaleza .
"Encontramos una presión extremadamente alta dirigida hacia afuera desde el centro del protón, y una presión mucho más baja y más extendida hacia adentro cerca de la periferia del protón", explica Volker Burkert, Jefferson Lab Hall B Leader y un coautoren el papel.
Burkert dice que la distribución de la presión dentro del protón está dictada por la fuerza fuerte, la fuerza que une tres quarks para formar un protón.
"Nuestros resultados también arrojan luz sobre la distribución de la fuerza fuerte dentro del protón", dijo. "Estamos proporcionando una forma de visualizar la magnitud y distribución de la fuerza fuerte dentro del protón. Esto abre una dirección completamente nuevaen física nuclear y de partículas que pueden explorarse en el futuro "
Una vez que se pensó que era imposible de obtener, esta medición es el resultado de una combinación inteligente de dos marcos teóricos con datos existentes.
Primero, están las distribuciones de partones generalizadas. Los GPD permiten a los investigadores producir una imagen 3D de la estructura del protón tal como lo prueba la fuerza electromagnética. El segundo son los factores de forma gravitacional del protón. Estos factores de forma describen cuál es la estructura mecánica deel protón sería si los investigadores pudieran sondear el protón a través de la fuerza gravitacional.
El teórico que desarrolló el concepto de factores de forma gravitacional en 1966, Heinz Pagels, observó en el artículo que detallaba que había "muy poca esperanza de aprender algo sobre la estructura mecánica detallada de una partícula, debido a la extrema debilidad dela interacción gravitacional "
Sin embargo, el trabajo teórico reciente ha conectado GPD a los factores de forma gravitacional, permitiendo que los resultados de las sondas electromagnéticas de protones sustituyan a las sondas gravitacionales
"Esta es la belleza de esto. Tienes este mapa que crees que nunca obtendrás", dijo Latifa Elouadrhiri, científica del personal de Jefferson Lab y coautora del artículo. "Pero aquí estamos, rellenándolo conesta sonda electromagnética "
La sonda electromagnética consiste en haces de electrones producidos por la Instalación del acelerador continuo de haces de electrones, una Instalación de usuario de la Oficina de Ciencia del DOE. Estos electrones se dirigen al núcleo de los átomos, donde interactúan electromagnéticamente con los quarks dentro de los protones a través de un proceso llamadodispersión de Compton profundamente virtual.
En el proceso DVCS, un electrón ingresa a un protón e intercambia un fotón virtual con un quark, transfiriendo energía al quark y al protón. Poco tiempo después, el protón libera esta energía emitiendo otro fotón y continúa intacto. Este procesoes análogo a los cálculos que Pagels realizó sobre cómo sería posible sondear el protón gravitacionalmente a través de un hipotético haz de gravitones. Los investigadores de Jefferson Lab pudieron explotar una similitud entre los estudios gravitacionales electromagnéticos e hipotéticos conocidos para obtener su resultado.
"Hay un fotón entrando y saliendo un fotón. Y el par de fotones ambos son spin-1. Eso nos da la misma información que intercambiar una partícula de gravitón con spin-2", dice Francois-Xavier Girod, un JeffersonCientífico del personal del laboratorio y coautor del artículo: "Ahora, básicamente, uno puede hacer lo mismo que hemos hecho en los procesos electromagnéticos, pero en relación con los factores de forma gravitacional, que representan la estructura mecánica del protón".
Los investigadores dicen que el siguiente paso es aplicar la técnica a datos aún más precisos que estarán disponibles pronto para reducir las incertidumbres en el análisis actual y comenzar a trabajar para revelar otras propiedades mecánicas del protón ubicuo, como las fuerzas de corte internasy el radio mecánico del protón.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Thomas Jefferson National Accelerator Facility . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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