Un reciente experimento en la instalación del Acelerador Nacional del Departamento de Energía de Thomas Jefferson encontró que los vecinos más cercanos de un protón en el núcleo del átomo pueden modificar la estructura interna del protón
Cuando se comparan los grandes núcleos con los pequeños núcleos, las mediciones realizadas hasta ahora han mostrado una clara diferencia en cómo se distribuyen las partículas constituyentes de los protones, llamadas quarks.
A esta diferencia se la denomina efecto EMC.
Muchos modelos de EMC predicen el efecto causado por la masa o la densidad del núcleo en donde reside el protón. Para probar estas predicciones, los investigadores hicieron nuevas mediciones precisas de los efectos EMC en una variedad de núcleos ligeros, como los isótopos de helio.
«Lo que encontramos es que hay una modificación importante de la estructura de los quarks en el helio-4, y un efecto mucho menor en el helio-3. Y a pesar de que ambos eran núcleos ligeros, tuvieron un efecto EMC muy diferente», dijo John Arrington, un portavoz del experimento y físico nuclear en el Departamento de Energía de Argonne National Lab.
Los resultados, agregó Arrington, nos hacen descartar la idea de que el tamaño del efecto EMC cambia de escala con la masa del núcleo.
A continuación, los investigadores pusieron su atención en la densidad. Se comparó el efecto EMC en berilio con el de varios otros núcleos. El berilio tiene una masa similar a la de carbono, pero una densidad mucho más baja, aproximadamente la misma que el helio-3. Encontraron que el tamaño del efecto EMC en el berilio es similar a la del carbono, que es dos veces más denso.
«Así que tienes un conjunto de datos que le indica que esa imagen de dependencia con la masa no funciona y otra que indica que la dependencia con la densidad no funciona», explicó Arrington. «Así que, si ambas imágenes están equivocadas, ¿qué es lo que realmente está pasando?»
Curiosamente, el resultado indicó una nueva causa posible para el efecto: la estructura microscópica de los núcleos. Este posible resultado se basa en la estructura inusual del berilio. La mayoría de las veces, la configuración de berilio se compone de dos grupos orbitando que se parecen a los núcleos de helio-4 (cada uno con dos protones y dos neutrones), y un neutrón adicional en órbita alrededor.
Las agrupaciones en órbita le dan un gran radio y una densidad media baja al núcleo de berilio, pero la mayoría de los protones y los neutrones están contenidos dentro de la alta densidad local de los grupos. Esto sugiere que el efecto EMC puede ser generado en su totalidad en estas pequeñas agrupaciones de alta densidad.
«Esa es una hipótesis, pero por cierto está claro que se trata de pequeños grupos de nucleones que se reúnen y cambiar las cosas, en lugar de la colección entera», dijo Arrington. «En cierto modo, en realidad no es sorprendente. Si estás en una fiesta, no importa cuántas personas estén en la sala, la mayoría de las veces estás interactuando con la gente que está más cerca».
Arrington dice que el paso siguiente consiste en realizar una nueva medición que examine directamente el impacto de la densidad local. Esto se puede hacer observando la estructura de quarks del deuterio, un núcleo formado por un solo protón y un neutrón. La mayoría del tiempo el protón y el neutrón están bastante distantes.
«Queremos aislar la estructura de los quarks en el momento en que el protón y el neutrón estén muy cercanos entre sí. Si encontramos un gran efecto en un núcleo tan pequeño y simple observando cuando el protón y el neutrón están más próximos, se demostrará que la efecto EMC no requiere un gran núcleo denso, simplemente requiere dos nucleones en contacto muy cercano», explicó Arrington.
Se midieron los momentos de los protones eliminados de los núcleos de hidrógeno, helio, berilio y los átomos de carbono por el acelerador de electrones de CEBAF. Este trabajo fue apoyado en parte por el DOE, la National Science Foundation y el South African National Research Foundation.
Fuente: Jefferson Lab. Aportado por Eduardo J. Carletti