Los protones pueden tener más «encanto» de lo que pensábamos, sugiere una nueva investigación.
Un protón es una de las partículas subatómicas que forman el núcleo de un átomo. Tan pequeños como son los protones, están compuestos de partículas aún más pequeñas. partículas elementales conocidos como quarks, que vienen en una variedad de «sabores» o tipos: arriba, abajo, extraño, encantador, inferior y superior. Por lo general, se cree que un protón está formado por dos quarks up y un quark down.
Pero un nuevo estudio encuentra que es más complicado que eso. Los protones también pueden contener un quark encantador, una partícula elemental que es 1,5 veces la masa del propio protón. Aún más extraño, cuando el protón contiene el quark encanto, la partícula pesada solo lleva alrededor de la mitad de la masa del protón.
El hallazgo se reduce al mundo probabilístico de física cuántica. Aunque el quark encanto es pesado, la posibilidad de que aparezca en un protón es bastante pequeña, por lo que la gran masa y la pequeña posibilidad básicamente se anulan entre sí. Dicho de otra manera, el protón no ocupa toda la masa del quark charm, incluso si el quark charm está allí, Noticias científicas reportadas.
Aunque los protones son fundamentales para la estructura de átomos —que componen toda la materia— también son muy complicados. Los físicos en realidad no conocen la estructura fundamental de los protones. La física cuántica sostiene que más allá de los quarks arriba y abajo que se sabe que están presentes, otros quarks podrían aparecer en protones de vez en cuando, dijo al podcast Stefano Forte, físico de la Universidad de Milán. Información sobre la naturaleza (se abre en una pestaña nueva). Forte fue coautor del nuevo artículo que muestra evidencia del quark charm en protones, publicado en la revista Naturaleza (se abre en una pestaña nueva) 17 de agosto.
Hay seis tipos de quarks. Tres son más pesados que los protones y tres son más livianos que los protones. El quark charm es el más liviano del lote pesado, por lo que los investigadores querían comenzar con ese para averiguar si un protón podría contener un quark más pesado que él. Hicieron esto adoptando un nuevo enfoque para 35 años de datos de destrucción de partículas.
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Para aprender sobre la estructura de las partículas subatómicas y elementales, los investigadores arrojan partículas entre sí a velocidades vertiginosas en aceleradores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones, el colisionador de átomos más grande del mundo, ubicado cerca de Ginebra. Los científicos con la colaboración sin fines de lucro NNPDF recopilaron estos datos de destrucción de partículas que se remontan a la década de 1980, incluidos ejemplos de experimentos en los que fotoneselectrones, muones, neutrinos e incluso otros protones se estrellaron contra protones. Al observar los escombros de estas colisiones, los investigadores pueden reconstruir el estado original de las partículas.
En el nuevo estudio, los científicos entregaron todos estos datos de colisión a un algoritmo de aprendizaje automático diseñado para buscar patrones sin nociones preconcebidas de cómo podrían verse las estructuras. El algoritmo devolvió estructuras posibles y la probabilidad de que realmente pudieran existir.
El estudio encontró una posibilidad «pequeña pero no despreciable» de encontrar un quark encantador, dijo Forte a Nature Briefing. El nivel de evidencia no fue lo suficientemente alto para que los investigadores declararan el innegable descubrimiento del quark charm en los protones, pero los resultados son la «primera evidencia sólida» de que puede estar allí, dijo Forte.
La estructura del protón es importante, dijo Forte, porque para descubrir nuevas partículas elementales, los físicos tendrán que descubrir diferencias minúsculas en lo que sugieren las teorías y lo que realmente se observa. Esto requiere mediciones extremadamente precisas de las estructuras subatómicas.
Por ahora, los físicos aún necesitan más datos sobre el escurridizo «encanto» dentro de un protón. Los experimentos futuros, como el Colisionador de iones de electrones planeado en el Laboratorio Nacional Brookhaven en Upton, Nueva York, pueden ayudar, dijo a Science News Tim Hobbs, físico teórico en Fermilab en Batavia, Illinois.
Publicado originalmente en Live Science.
