Protón pequeño: hay un error

2010/09/01 Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika

Se han realizado las mediciones más precisas hasta el momento, siendo el protón un 4% inferior al esperado

Algunos físicos del Instituto Max Planck han medido con más precisión que nunca el tamaño del protón. El resultado, 0,84184 femtomómetros, es un 4% inferior al de las mediciones anteriores.

No es una mera cuenta de precisión. La diferencia es mayor que el grado de error de las medidas anteriores, lo que significa que, si la última medición es correcta, las anteriores no se realizaron correctamente. Y si esto es cierto, habría que modificar muchos de los principios básicos que hasta ahora se dan por válidos en física. Por lo tanto, los físicos --teóricos y experimentales- han comenzado a buscar errores en esta última medición. De momento no han encontrado nada.

Es un experimento muy complejo. El protón no puede medirse directamente, por lo que los físicos deben medir la influencia del tamaño del protón en otra característica. Normalmente se utilizan átomos de hidrógeno, es decir, protones con un electrón a su alrededor. Según la física cuántica, el electrón sólo puede tener ciertos niveles de energía que dependen, entre otras cosas, del tamaño del protón. Suministran energía al electrón mediante un láser y éste pasa de un nivel de energía a otro, para posteriormente volver a perder energía para pasar al nivel inicial de energía. Los físicos miden la cantidad de energía que ha tenido que tomar en estos saltos y a partir de esa energía calculan el tamaño del protón.

Sin embargo, el protón es una partícula muy grande en el lado del electrón, por lo que los niveles energéticos del electrón están muy próximos entre sí. Los saltos que realiza el electrón son pequeños y la precisión de las mediciones también es muy pequeña. Sin embargo, si utilizamos un muón en lugar del electrón, la cuestión cambia mucho, ya que el muón es 200 veces mayor que el electrón. Según la compleja teoría de la electrodinámica cuántica, este proceso está basado en las fluctuaciones cuánticas del vacío y el muón es más sensible a estas fluctuaciones que el electrón. Finalmente, los saltos energéticos que producen los muones son muy elevados y pueden medirse con gran precisión.

Sin embargo, trabajar con los muones es difícil. Son partículas de la familia del electrón, pero no son estables y se disuelven en 2 microsegundos. Por ello, los físicos del Instituto Max Planck han tenido que crear los muones a través de un acelerador de partículas, con el fin de que unos átomos de hidrógeno sean bombardeados por los muones para sustituir a sus electrones y realizar la medición por láser. Todo ello por un tiempo máximo de 2 microsegundos. El cálculo para deducir el tamaño del protón de los resultados del experimento es también muy complejo.

Por lo tanto, hay muchas posibilidades de que haya algún error en el experimento y que en la última medida del tamaño del protón haya tanta diferencia respecto a los anteriores. Pero una vez revisados todos los detalles, no han encontrado ningún error. Según los expertos hay tres opciones. Uno es que la teoría de la electrodinámica cuántica sea correcta pero que se haya aplicado mal en este experimento; el segundo es que haya algún error en el mismo experimento; y el tercero es que la electrodinámica cuántica no sea correcta. Esta última opción es la menos probable, aunque puede ocurrir. Jeff Flowers, físico del Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido, afirma: "Dirigir la electrodinámica cuántica supondría un cambio filosófico para la física".