Protón pequeno: hai un erro

2010/09/01 Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika

Realizáronse as medicións máis precisas até o momento, sendo o protón un 4% inferior ao esperado

Algúns físicos do Instituto Max Planck mediron con máis precisión que nunca o tamaño do protón. O resultado, 0,84184 femtomómetros, é un 4% inferior ao das medicións anteriores.

Non é una mera conta de precisión. A diferenza é maior que o grao de erro das medidas anteriores, o que significa que, si a última medición é correcta, as anteriores non se realizaron correctamente. E si isto é certo, habería que modificar moitos dos principios básicos que até agora se dan por válidos en física. Por tanto, os físicos --teóricos e experimentais- comezaron a buscar erros nesta última medición. De momento non atoparon nada.

É un experimento moi complexo. O protón non pode medirse directamente, polo que os físicos deben medir a influencia do tamaño do protón noutra característica. Normalmente utilízanse átomos de hidróxeno, é dicir, protones cun electrón ao seu ao redor. Segundo a física cuántica, o electrón só pode ter certos niveis de enerxía que dependen, entre outras cousas, do tamaño do protón. Fornecen enerxía ao electrón mediante un láser e este pasa dun nivel de enerxía a outro, paira posteriormente volver perder enerxía paira pasar ao nivel inicial de enerxía. Os físicos miden a cantidade de enerxía que tivo que tomar nestes saltos e a partir desa enerxía calculan o tamaño do protón.

Con todo, o protón é una partícula moi grande no lado do electrón, polo que os niveis enerxéticos do electrón están moi próximos entre si. Os saltos que realiza o electrón son pequenos e a precisión das medicións tamén é moi pequena. Con todo, se utilizamos un muón en lugar do electrón, a cuestión cambia moito, xa que o muón é 200 veces maior que o electrón. Segundo a complexa teoría da electrodinámica cuántica, este proceso está baseado nas fluctuaciones cuánticas do baleiro e o muón é máis sensible a estas fluctuaciones que o electrón. Finalmente, os saltos enerxéticos que producen os muones son moi elevados e poden medirse con gran precisión.

Con todo, traballar cos muones é difícil. Son partículas da familia do electrón, pero non son estables e disólvense en 2 microsegundos. Por iso, os físicos do Instituto Max Planck tiveron que crear os muones a través dun acelerador de partículas, co fin de que uns átomos de hidróxeno sexan bombardeados polos muones paira substituír aos seus electróns e realizar a medición por láser. Todo iso por un tempo máximo de 2 microsegundos. O cálculo paira deducir o tamaño do protón dos resultados do experimento é tamén moi complexo.

Por tanto, hai moitas posibilidades de que haxa algún erro no experimento e que na última medida do tamaño do protón haxa tanta diferenza respecto dos anteriores. Pero una vez revisados todos os detalles, non atoparon ningún erro. Segundo os expertos hai tres opcións. Un é que a teoría da electrodinámica cuántica sexa correcta pero que se aplicou mal neste experimento; o segundo é que haxa algún erro no mesmo experimento; e o terceiro é que a electrodinámica cuántica non sexa correcta. Esta última opción é a menos probable, aínda que pode ocorrer. Jeff Flowers, físico do Laboratorio Nacional de Física do Reino Unido, afirma: "Dirixir a electrodinámica cuántica suporía un cambio filosófico paira a física".