Revelando nuevos conocimientos sobre las propiedades mecánicas del protón

La gravedad, una fuerza que da forma al cosmos a gran escala, ahora se está aprovechando para descubrir detalles notables en el nivel más pequeño de la materia. Físicos nucleares de la Instalación del Acelerador Nacional Thomas Jefferson del Departamento de Energía de EE.UU. han hecho recientemente un descubrimiento apasionante que conecta las teorías de la gravitación con las interacciones entre partículas subatómicas.

En un artículo publicado en Reviews of Modern Physics, los investigadores presentan una instantánea innovadora de la distribución de la fuerza fuerte dentro del protón. Esta instantánea proporciona información invaluable sobre el esfuerzo cortante que experimentan las partículas de quarks que componen el protón.

El autor principal, Volker Burkert, explica que esta medición arroja luz sobre el entorno en el que existen los componentes básicos del protón. Los protones están compuestos por tres quarks unidos por la fuerza fuerte. Intentar separar un quark de un protón requiere una fuerza asombrosa de más de cuatro toneladas.

Sin embargo, debido a una propiedad de los quarks conocida como “color”, la naturaleza no permite la extracción de un solo quark del interior de un protón. En cambio, la fuerza aplicada para separar un quark de un protón da como resultado la creación de un par quark/antiquark incoloro, dejando atrás un protón incoloro. Esta ilustración resalta la fuerza intrínseca de la fuerza dentro del protón.

Esta medida representa apenas la segunda propiedad mecánica del protón que se cuantifica. Otras propiedades incluyen presión interna, distribución de masa, momento angular y esfuerzo cortante. El logro fue posible gracias a datos recopilados durante dos décadas y una predicción de medio siglo de antigüedad.

En la década de 1960, surgió una teoría que sugería que la interacción entre la gravedad y las partículas subatómicas podría revelar directamente las propiedades mecánicas del protón. Sin embargo, en ese momento, la gran disparidad de fuerza entre la gravedad y otras fuerzas parecía insuperable.

El avance provino de experimentos realizados en la Instalación del Acelerador de Haz de Electrones Continuos (CEBAF) en el Laboratorio Jefferson. Al estudiar la dispersión Compton profundamente virtual, donde un electrón interactúa con un protón y produce fotones de alta energía, los investigadores, sin saberlo, recopilaron los datos necesarios para acceder a las propiedades mecánicas del protón.

Sorprendentemente, la dispersión Compton profundamente virtual está relacionada con la forma en que la gravedad interactúa con la materia, como se describe en el libro de texto de 1973 “Gravitación” de Misner, Thorne y Wheeler. Este apasionante descubrimiento abre nuevas vías para explorar la influencia de la gravedad en el ámbito subatómico.

A través de la convergencia de las teorías de la gravitación y la física nuclear, los científicos están obteniendo conocimientos sin precedentes sobre los componentes fundamentales de la materia. Esta investigación no sólo profundiza nuestra comprensión del protón sino que también demuestra el profundo impacto de la gravedad en las escalas más pequeñas del universo.

Preguntas frecuentes basadas en el artículo:

P: ¿Cuál es el reciente descubrimiento realizado por físicos nucleares en la Instalación del Acelerador Nacional Thomas Jefferson?
R: Los físicos nucleares han hecho un descubrimiento revolucionario que conecta las teorías de la gravitación con las interacciones entre partículas subatómicas. Han proporcionado una instantánea de la distribución de la fuerza fuerte dentro del protón, que arroja luz sobre el entorno en el que existen los componentes básicos del protón.

P: ¿Qué conocimientos aporta este descubrimiento sobre los quarks dentro del protón?
R: El descubrimiento proporciona información invaluable sobre el esfuerzo cortante que experimentan las partículas de quarks que componen el protón.

P: ¿Cuál es la propiedad de los quarks conocida como “color” mencionada en el artículo?
R: La propiedad de los quarks conocida como “color” se refiere a la propiedad de los quarks de que la naturaleza no permite la extracción de un solo quark del interior de un protón. En cambio, la fuerza aplicada para separar un quark de un protón da como resultado la creación de un par quark/antiquark incoloro, dejando atrás un protón incoloro.

P: ¿Cuál es el significado de la medición mencionada en el artículo?
R: Esta medida representa apenas la segunda propiedad mecánica del protón que se cuantifica. Otras propiedades incluyen presión interna, distribución de masa, momento angular y esfuerzo cortante. El logro fue posible gracias a datos recopilados durante dos décadas y una predicción de medio siglo de antigüedad.

P: ¿Cómo se produjo el gran avance?
R: El gran avance provino de experimentos realizados en la Instalación del Acelerador de Haz de Electrones Continuos (CEBAF) en el Laboratorio Jefferson. Al estudiar la dispersión Compton profundamente virtual, donde un electrón interactúa con un protón y produce fotones de alta energía, los investigadores, sin saberlo, recopilaron los datos necesarios para acceder a las propiedades mecánicas del protón.

P: ¿Qué tiene que ver la dispersión Compton profundamente virtual con la gravedad?
R: La dispersión Compton profundamente virtual está relacionada con la forma en que la gravedad interactúa con la materia, como se describe en el libro de texto de 1973 “Gravitación” de Misner, Thorne y Wheeler. Este descubrimiento abre nuevas vías para explorar la influencia de la gravedad en el ámbito subatómico.

P: ¿Qué ganan los científicos con la convergencia de las teorías de la gravitación y la física nuclear?
R: Los científicos están obteniendo conocimientos sin precedentes sobre los componentes fundamentales de la materia. Esta investigación profundiza nuestra comprensión del protón y demuestra el profundo impacto de la gravedad en las escalas más pequeñas del universo.

Definiciones:
Gravedad: Una fuerza que da forma al cosmos a gran escala.
Partículas subatómicas: Partículas que son más pequeñas que los átomos y son los componentes básicos de la materia.
Fuerza potente: La fuerza que une los quarks dentro de un protón.
Quarks: Partículas elementales que son los componentes básicos de los protones y neutrones.
Protón: Partícula subatómica que tiene carga positiva y forma parte de un núcleo atómico.
Esfuerzo cortante: Medida de la fuerza por unidad de área que actúa dentro de un material como resultado de una fuerza o presión aplicada.
Incoloro: Sin color, en este contexto se refiere a la ausencia de la propiedad de “color” en los quarks.

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– Reseñas de Física Moderna
– Instalación de acelerador continuo de haz de electrones (CEBAF)
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