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¿Cuál es la carga del neutrón? Cero. ¡No tan rápido!

¿Cuál es la carga del neutrón? Cero. ¡No tan rápido!
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Dicen que Billy el Niño era el más rápido en disparar, pero a la hora de contestar a una pregunta como ¿cuál es la carga del neutrón?, la respuesta rápida puede que no sea la correcta. El neutrón es una partícula compuesta de tres quarks, la suma de cuyas cargas es cero, pero eso no implica que la carga eléctrica “efectiva” de un neutrón también sea cero. Pasa lo mismo con una molécula de agua (H2O); si la distribución de carga no es esférica aparece un momento dipolar eléctrico (EDM). La molécula de agua es dipolar y el neutrón también debe serlo, según el modelo estándar. Medir el EDM del neutrón y confirmar las predicciones del modelo estándar no es fácil, pero hay varios grupos que lo están intentando a la búsqueda de cualquier desviación que apunte a física más allá del modelo estándar. Eugenie Samuel Reich nos cuenta la situación de esta búsqueda en “Dipole hunt stuck in neutral. Physicists admit to delays as attempts to measure the neutron’s charge are plagued by difficulties,” Nature 482: 17, 02 February 2012.

El neutrón (que acompaña al protón en los núcleos de los átomos) se descubrió hace 80 años (el aniversario se cumple este mes). Al ser el neutrón una partícula compuesta de partículas cargadas, el centro de la carga positiva y el de la negativa no tienen por qué coincidir (salvo que la distribución de carga fuera esférica), apareciendo un dipolo eléctrico. La medida del momento dipolar eléctrico del neutrón es muy difícil porque su valor teórico es extremadamente pequeño (su valor no nulo es debido a las violaciones de la simetría de paridad en la interacción débil). Las medidas experimentales actuales tienen un error mayor en unos 5 órdenes de magnitud al valor a medir, pero hay tres experimentos en curso que pretenden reducir este error en un par de órdenes de magnitud. Sin embargo, están encontrando problemas inesperados que los están retrasando.

La medida del EDM del neutrón en el Laboratorio Nacional Oak Ridge (Tennessee, EE.UU.) ha sufrido tantos retrasos que la semana pasada un comité estudió cómo replantear su proyecto de investigación. La medida en el Instituto Laue-Langevin (Grenoble, Francia) también está sufriendo grandes retrasos (en 2009 debía comenzar la toma de datos y aún no ha empezado). Y el tercer grupo en la palestra, con sede en el Instituto Paul Scherrer (Villigen, Suiza), tenía que haber iniciado la toma de datos a principios de 2011 y parece que la va a iniciar ahora; en su caso, se espera que se publiquen sus primeros resultados a finales de este año.

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¿Por qué es importante medir el EDM del neutrón? Porque la mayoría de las teorías más allá del modelo estándar, como las supersimétricas, predicen un valor del EDM varios órdenes de magnitud por encima del valor teórico predicho por el modelo estándar. De hecho, muchos de los defensores de la supersimetría (que esperaban que el Tevatrón la descubriera hace 20 años y que esperaban que el LHC hiciera lo propio el año pasado) creen ahora que una de sus primeras huellas aparecerá en la medida del EDM del neutrón.

¿Por qué es tan difícil medir el EDM del neutrón? Porque su valor es tan pequeño que los experimentos se han de realizar con un cuidado extremo. El equipo suizo quiere comparar el movimiento de neutrones y átomos de mercurio en campos eléctricos muy intensos; por alguna razón han observado trazas inesperadas de contaminación que destruyen la polarización de los átomos de mercurio. El equipo francés utiliza helio líquido para enfriar los neutrones cerca del cero absoluto bajo un intenso campo eléctrico; para su sorpresa el helio hierve bajo la influencia de este campo eléctrico y se forman burbujas en los electrodos. El equipo estadounidense ha encontrado un problema similar; para evitar la formación de burbujas hay que rediseñar los electrodos y utilizar nuevos materiales.

La ciencia no siempre es un camino de rosas. Lo que debería funcionar sobre el papel a veces no funciona a la hora de la verdad. Los problemas serán resueltos mientras se están aprendiendo muchas cosas nuevas (la ciencia siempre avanza), pero el objetivo final, medir el EDM del neutrón y con él obtener las primeras señales de la supersimetría (si existe), parece que se nos escapa entre los neutrones de los dedos.

2 comentarios - ¿Cuál es la carga del neutrón? Cero. ¡No tan rápido!

@craftmanJr
" Descubrimientos científicos... atentando contra los desactualizados libros de primaria/secundaria "

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