El Protón Menguante

La imagen que tenemos del átomo con electrones puntuales dando vueltas alrededor de un núcleo formado por protones y neutrones también puntuales no tiene nada que ver con la realidad física. Ya comentaba algo parecido en un post del 2010 sobre el protón, entonces las últimas medidas sobre el tamaño del protón indicaba que era más  pequeño de lo que se creía. Las últimas medidas indican que aun es todavía más pequeño.

El protón es la parte fundamental de la construcción de nuestro universo, compartiendo el núcleo atómico con el neutrón, decide que elemento constituye un átomo. Si ese átomo tiene 6 protones se trata del elemento carbono, si tiene 70 es oro y si tiene 92 es uranio. Vea radioactividad en este mismo blog.

El protón no puede considerarse simplemente como una bolita muy pequeña caracterizada por una masa y una carga eléctrica positiva. Tiene una extensión en el espacio, pero este parece ser más pequeño de lo que se creía. El valor aceptado es de 0,8768 fm, utilizando protones y electrones en su estudio. En 2010 ya se publico un artículo en la revista científica Nature indicando que el tamaño del protón era un 4% menor de lo que se creia. Ahora la revista Science publica un artículo del mismo equipo de Aldo Antognini indicando que el radio del protón es de 0,84087 fentómetros, más pequeño que la última medida de 0,84184 fm. (1 fm = 0.000 000 000 000 001 metros)

La medida del tamaño (radio) del protón se realiza observando el átomo de hidrogeno, el más simple de todos los átomos, formado por un protón y un electrón. El electrón puede considerarse como una partícula puntual, sin estructura interna (más bien por desconocimiento que por otra causa) y carga negativa.

El protón en cambio tiene una carga positiva y estructura interna, está formado por tres quarks que ocupan un determinado volumen. La carga positiva del protón se encuentra distribuida por el espacio en torno de lo que podemos imaginar una esfera muy pequeña con un radio determinado. Este radio se conoce como radio de la carga del protón. Por tanto su tamaño tiene que influenciar en los niveles de energía de cualquier átomo. Midiendo estos niveles de energía nos podemos hacer una idea del tamaño del protón. Esto es lo que ha realizado el equipo de Aldo Antognini, con alguna diferencia importante.

La diferencia consiste en otra manera de estudiar el protón, mediante un ligero cambio en el átomo de hidrogeno. En lugar de un electrón se utiliza un muon. Los muones son como electrones pero mas pesados, 200 veces más pesados que los electrones. Pero duran poco tiempo, unos 2,2 microsegundos. A este tipo de átomo se le denomina hidrogeno muonico. En lugar de un electrón dando vueltas en torno a un protón, tenemos a un muon. Al ser 200 veces más pesado se acerca al protón 200 veces más que un electrón.

Puesto que el muón se acerca mucho más al protón que el electrón, puede “notar” mejor su distribución de carga eléctrica en el espacio y precisar mejor su radio. Midiendo la perturbación del muón mediante un laser puede medirse el volumen que ocupa la carga del protón y por tanto su radio.

Claro está que quizá lo que ha detectado el equipo de Antognini es que los muones interaccionan de manera distinta a los electrones y es por eso que aparece esta discrepancia entre el tamaño del protón medido con muones (átomo hidrógeno muonico) o con electrones (átomo de hidrógeno). Si es cierto sería el inicio de un nuevo campo de estudio de la física cuántica.

La web oficial del equipo de Antognini: https://muhy.web.psi.ch/wiki/