Protó petit: hi ha un error

2010/09/01 Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika

S'han realitzat els mesuraments més precisos fins al moment, sent el protó un 4% inferior a l'esperat

Alguns físics de l'Institut Max Planck han mesurat amb més precisió que mai la grandària del protó. El resultat, 0,84184 femtomómetros, és un 4% inferior al dels mesuraments anteriors.

No és un mer compte de precisió. La diferència és major que el grau d'error de les mesures anteriors, la qual cosa significa que, si l'últim mesurament és correcta, les anteriors no es van realitzar correctament. I si això és cert, caldria modificar molts dels principis bàsics que fins ara es donen per vàlids en física. Per tant, els físics --teòrics i experimentals- han començat a buscar errors en aquest últim mesurament. De moment no han trobat res.

És un experiment molt complex. El protó no pot mesurar-se directament, per la qual cosa els físics han de mesurar la influència de la grandària del protó en una altra característica. Normalment s'utilitzen àtoms d'hidrogen, és a dir, protons amb un electró al seu voltant. Segons la física quàntica, l'electró només pot tenir certs nivells d'energia que depenen, entre altres coses, de la grandària del protó. Subministren energia a l'electró mitjançant un làser i aquest passa d'un nivell d'energia a un altre, per a posteriorment tornar a perdre energia per a passar al nivell inicial d'energia. Els físics mesuren la quantitat d'energia que ha hagut de prendre en aquests salts i a partir d'aquesta energia calculen la grandària del protó.

No obstant això, el protó és una partícula molt gran en el costat de l'electró, per la qual cosa els nivells energètics de l'electró estan molt pròxims entre si. Els salts que realitza l'electró són petits i la precisió dels mesuraments també és molt petita. No obstant això, si utilitzem un muón en lloc de l'electró, la qüestió canvia molt, ja que el muón és 200 vegades major que l'electró. Segons la complexa teoria de l'electrodinàmica quàntica, aquest procés està basat en les fluctuacions quàntiques del buit i el muón és més sensible a aquestes fluctuacions que l'electró. Finalment, els salts energètics que produeixen els muones són molt elevats i poden mesurar-se amb gran precisió.

No obstant això, treballar amb els muones és difícil. Són partícules de la família de l'electró, però no són estables i es dissolen en 2 microsegons. Per això, els físics de l'Institut Max Planck han hagut de crear els muones a través d'un accelerador de partícules, amb la finalitat que uns àtoms d'hidrogen siguin bombardejats pels muones per a substituir als seus electrons i realitzar el mesurament per làser. Tot això per un temps màxim de 2 microsegons. El càlcul per a deduir la grandària del protó dels resultats de l'experiment és també molt complex.

Per tant, hi ha moltes possibilitats que hi hagi algun error en l'experiment i que en l'última mesura de la grandària del protó hi hagi tanta diferència respecte als anteriors. Però una vegada revisats tots els detalls, no han trobat cap error. Segons els experts hi ha tres opcions. Un és que la teoria de l'electrodinàmica quàntica sigui correcta però que s'hagi aplicat malament en aquest experiment; el segon és que hi hagi algun error en el mateix experiment; i el tercer és que l'electrodinàmica quàntica no sigui correcta. Aquesta última opció és la menys probable, encara que pot ocórrer. Jeff Flowers, físic del Laboratori Nacional de Física del Regne Unit, afirma: "Dirigir l'electrodinàmica quàntica suposaria un canvi filosòfic per a la física".