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Los científicos calculan la presión dentro de un protón

y es más alta que en una estrella de neutrones

Gizmodo

Los científicos calculan la presión dentro de un protón
Esto no es en absoluto cómo medirías la presión dentro de un protón.
Crédito de la ilustración: Departamento de Energía / Jefferson Lab


Por Ryan F. Mandelbaum, para Gizmodo Mayo 16 de 2018

La presión dentro de las partículas que componen cada átomo en el universo podría ser mayor que la presión dentro de las estrellas más densas, según una nueva medición.

Los científicos de Jefferson Lab en Virginia calcularon la presión utilizando la instalación continua de acelerador de haz de electrones del laboratorio, o CEBAF, y algunas matemáticas complicadas. La medición será principalmente útil para comprender fundamentalmente la naturaleza de estas partículas. El cálculo es bastante alucinante.

"Las estrellas de neutrones son algunos de los objetos más densos que conocemos en el universo", le dijo Volker Burkert, líder de Jefferson Lab Hall B, a Gizmodo. "Es un orden de magnitud más grande que eso. Podría ser la observación récord de una presión sobre la Tierra ".

Los investigadores calcularon la presión que enfrentan los quarks que componen los protones en 10^35 pascales, equivalentes a 10^30 veces la presión al nivel del mar, según el artículo publicado en Nature.

Al determinar que la presión requería una serie de pasos matemáticos, comenzaba con otro conjunto innato de propiedades del protón, llamado sus factores de forma gravitacional. Estos factores de forma obtienen su nombre porque solo se pueden medir directamente por protones que interactúan con gravitones. Los científicos nunca han observado un gravitón, pero dos fotones pueden servir como un proxy.

El CEBAF mide los valores disparando electrones a los protones en hidrógeno líquido, lo que resulta en un electrón, un protón y esos dos fotones. En lugar de colisionar con todo el protón, los electrones en el experimento colisionan con quarks individuales a través de un proceso llamado "dispersión virtualmente virtual de Compton". Estas mediciones ya publicadas proporcionaron los factores de forma gravitatoria necesarios para calcular la presión.

Entonces, ¿qué haces con el conocimiento de la presión interna ridículamente alta del protón? En primer lugar, es interesante saber más acerca de tal vez la partícula más importante para la vida, ya que sin protones, no habría átomos ni humanos. Y todavía hay mucho que aprender sobre los protones: la semana pasada, otro equipo en el Jefferson Lab midió una propiedad fundamental del protón, llamada carga débil, por primera vez.

Aparte de eso, los científicos miden dos valores diferentes para el radio del protón en función de los experimentos que realizan. Es una inconsistencia frustrante cuando se trata de entender una propiedad tan básica como el tamaño de una partícula. Esta última investigación podría ofrecer una nueva forma de medir el radio del protón en función de cómo se distribuye la presión dentro de la partícula, explicó el autor del estudio y físico de Jefferson Lab, Francois-Xavier Girod. También puede motivar a los teóricos a tratar de comprender la naturaleza misma del protón, cosas por las que no se descompone como lo hace un neutrón.

Y las cosas van incluso más allá de eso: Quarks, las piezas más pequeñas que componen protones y neutrones, nunca pueden existir por sí mismas; siempre están "confinadas". La presión que enfrentan los quarks dentro del protón ilustra su comportamiento permanentemente social, y podría quizás proporcionar un mecanismo fundamental para este llamado confinamiento de quark, dijo Mu-Chun Chen, profesor de física y astronomía en la Universidad de California, Irvine, que no participó en el estudio.

Más experimentos precisos para medir otras propiedades del protón están en el horizonte, lo que reduciría parte de la incertidumbre que enfrentan actualmente los investigadores. Pero vale la pena apreciar que se requiere un gran esfuerzo para mantener juntas las cosas que, bueno, los mantienen unidos.



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