Nueva medición de los protones desconcierta a los científicos

Los investigadores están perplejos por mediciones contradictorias para una de las partículas más comunes del universo: el protón es más pequeño

Una de las partículas más comunes del Universo ha dejado a los físicos completamente perplejos. El protón, un componente fundamental del núcleo atómico, parece ser más pequeño de lo que se pensaba. Y a pesar de tres años de cuidadosos análisis y reanálisis de los numerosos experimentos, nadie puede entender por qué.

Un experimento publicado hoy en Science sólo profundiza el misterio, dice Ingo Sick, físico de la Universidad de Basilea en Suiza. «Muchas personas han intentado, pero ninguno ha tenido éxito en aclarar la discrepancia.»

Los problemas del protón se iniciaron en 2010, cuando un documento publicado en la revista Nature parecieron indicar que la partícula era 4% más pequeña de lo que originalmente se pensaba. Los investigadores comenzaron con un objetivo de hidrógeno, un átomo que consiste en un protón y un electrón. Cuando bombardearon el hidrógeno con muones —primos más pesados de los electrones— en un acelerador de partículas, un muón vez en cuando reemplazaba a un electrón. Haciendo mediciones del hidrógeno muónico con un láser obtuvieron una medición de alta precisión del tamaño del protón. El problema es que la medición difiere de las obtenidas por otros dos métodos en un 4%, o 0,03 femtometros (fm). Esa es una cantidad pequeña —1 fm es 0,000000000001 milímetro— pero aún así es significativamente más grande que las variaciones de error en cualquiera de las otras mediciones.

En el último experimento también se utiliza hidrógeno muónico, pero se midió un conjunto diferente de niveles de energía en el átomo. Esto dio el mismo resultado que el artículo en Nature: un radio para los protones de 0,84 fm, dice Aldo Antognini, un físico del Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zurich en Suiza y autor de ambos artículos muónicos. La segunda medición «es totalmente compatible con el valor anterior», dice.

Pero todavía no es compatible con las mediciones realizadas por técnicas no muónicas, dice John Arrington, un físico nuclear del Laboratorio Nacional Argonne en Lemont, Illinois. Es poco probable que la culpa de los errores en el radio del protón sea de las mediciones a base de muones, dice Arrington, y sin embargo, parece igualmente improbable que todas las otras mediciones sean erróneas, también.

Un rompecabezas desconcertante

Una posibilidad es que el equipo de Antognini haya descubierto accidentalmente una nueva física. Es el único que utiliza muones para medir el protón; todos los demás utilizan electrones, y hay una pequeña posibilidad de que los muones interactúen con los protones de manera diferente a los electrones. El efecto tendría que ser pequeño, o también se presentaría en otros lugares, como el Gran Colisionador de Hadrones, el gran acelerador de partículas ubicado cerca de Ginebra, Suiza.

Arrington y Sick tienen sus dudas. «Soy un gran creyente en nuestra comprensión de la física», dice Arrington. Dado el poder de las teorías existentes, dice Sick, la idea de las diferencias fundamentales entre los muones y electrones es «un poco difícil de imaginar».

Pero igualmente es difícil imaginar qué pudo haber salido mal. Los experimentadores han revisado sus datos. Los teóricos han recalculado sus ecuaciones. Podría haber un problema con los modelos utilizados para estimar el tamaño de los protones a partir de las mediciones, pero hasta ahora no se ha identificado ninguno. «Muchas de las ideas que se han presentado deben examinarse con más detalle», dice Sick. «Nadie ha llegado con un resultado claro».

Este artículo se reproduce de la revista Nature. El artículo fue publicado por primera vez el 24 de enero de 2013.

Fuente: Scientific American. Aportado por Eduardo J. Carletti

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