Un misterio sobre la estructura de los protones está un paso más cerca de ser solucionado, gracias a un experimento de siete años, liderado por investigadores del MIT.
Un misterio sobre la estructura de los protones es un paso más cerca de ser resuelto, gracias a un experimento de siete años dirigido por investigadores del MIT. Crédito: Christine Daniloff / MIT
Durante muchos años los investigadores han investigado la estructura de los protones, partículas subatómicas con carga positiva, por bombardeo con electrones y han examinado la intensidad de los electrones dispersados a distintos ángulos.
De esta manera han intentado determinar cómo se distribuye la carga eléctrica del protón y la magnetización. Estos experimentos previamente habían conducido a los investigadores a asumir que las distribuciones de carga eléctrica y magnética son la misma y que un fotón, una partícula elemental de luz — se intercambia cuando los protones interactúan con los electrones de bombardeo.
Sin embargo, en el 2000s temprano, los investigadores comenzaron a realizar experimentos con haces de electrones polarizados, que miden la dispersión elástico electrón protón usando el giro de los protones y electrones. Estos experimentos revelaron que la relación de eléctrico para distribuciones de carga magnética disminuido dramáticamente con mayor energía las interacciones entre los electrones y protones.
Esto condujo a la teoría de que no uno sino dos fotones a veces se intercambiaron durante la interacción, haciendo la distribución de la carga desigual. Además, la teoría predijo que ambas de estas partículas serían llamadas "duros" o fotones de alta energía .
En un intento por identificar a este "cambio de régimen de dos fotones", un equipo internacional liderado por investigadores en el laboratorio para la ciencia Nuclear en el MIT realizaron un experimento de siete años, conocido como OLYMPUS, en el Sincrotrón alemán de electrones (DESY) en Hamburgo.
En un artículo publicado esta semana en la revista Physical Review Letters, los investigadores revelan los resultados de este experimento, que indican que de hecho se intercambian los dos fotones durante interacciones electron-protón.
Sin embargo, a diferencia de las predicciones teóricas, el análisis de las mediciones de OLYMPUS sugiere que, la mayoría de las veces, sólo uno de los fotones tiene alta energía, mientras que el otro debe llevar muy poca energía de hecho, según Richard Milner, profesor de física y miembro Del Laboratorio de Ciencia Nuclear del Grupo de Física Hadrónica, que dirigió el experimento.
"Hemos visto poco si no hay evidencia de un duro intercambio de dos fotones," dice Milner.
Después de haber propuesto la idea para el experimento a finales del año 2000s, el grupo recibió financiamiento en 2010.
Los investigadores tuvieron que desmontar el antiguo espectrómetro BLAST -un complejo detector de 125 metros cúbicos de tamaño basado en el MIT- y transportarlo a Alemania, donde fue reensamblado con algunas mejoras. Luego llevaron a cabo el experimento durante tres meses en 2012, antes de que el acelerador de partículas en el laboratorio fuera desarmado y cerrado al final de ese año.
El experimento, que se llevó a cabo en el mismo tiempo que otras dos personas en los Estados Unidos y Rusia, involucró el bombardear protones con electrons cargados negativamente y positrons cargados positivamente y comparando la diferencia entre las dos interacciones, según Douglas Hasell, científico principal de investigación en el laboratorio de ciencia Nuclear y el grupo Hadronic de física en el MIT y otro de los autores del libro.
El proceso de producir una medición sutilmente diferente dependiendo de si los protones son dispersados por electrones o positrones, dice Hasell. "Si usted ve una diferencia (en las mediciones), indicaría que hay un efecto de dos fotones que es significativo."
Las colisiones se llevaron a cabo durante tres meses, y los datos resultantes tomaron otros tres años para analizar, dice Hasell.
La diferencia entre los resultados teóricos y experimentales significa más experimentos pueden llevarse a cabo en el futuro, a energías aún mayores donde se espera que el efecto del intercambio de dos fotones sea más grande, Hasell dice.
Puede resultar difícil alcanzar el mismo nivel de precisión alcanzado en el experimento de OLYMPUS, sin embargo.
"Funcionó el experimento por tres meses y produjo mediciones muy precisas", dice. "Usted tendría que funcionar durante años para conseguir el mismo nivel de precisión, a menos que se podría mejorar el rendimiento (del experimento)".
En el futuro inmediato, los investigadores planean para ver cómo la comunidad de la física teórica responde a los datos, antes de decidir su próximo paso, dice Hasell.
"Puede ser que puedan hacer un pequeño ajuste a un detalle dentro de sus modelos teóricos para llevarlo en acuerdo y explicar los datos en energías superiores e inferiores," dice él.
"Entonces dependerá de los experimentadores comprobar si ese es el caso."
No hay comentarios.:
Publicar un comentario
Comenta si te gustó lo que acabas de ver.