Científicos logran estimar la presión existente dentro de un protón

Por primera vez en la historia, los científicos han logrado estimar la presión existente dentro de un protón, a través de diversos datos experimentales. Un nuevo estudio realizado por científicos del Centro Nacional de Aceleradores Thomas Jefferson, en Estados Unidos, revela que la presión dentro de un protón es la más alta que se haya visto hasta la fecha.

 

Un núcleo de helio, con dos protones y dos neutrones

El modelo estándar de la física, el marco teórico usado por los científicos para explicar el comportamiento de la materia, dice que existen cuatro fuerzas o interacciones fundamentales: la nuclear fuerte, la electromagnética, la nuclear débil y la gravitatoria. La fuerza nuclear fuerte es, como su nombre indica, la más potente. Es capaz de mantener unidos a protones y neutrones, que se encuentran en el núcleo de los átomos, incluso a pesar de que los primeros tienen carga positiva y se repelen entre sí. Se puede decir que la fuerza nuclear fuerte es el pegamento que mantiene unidos los núcleos de los átomos, pero esta fuerza tiene una peculiaridad: su rango de acción es muy pequeño y a mayores escalas es superada por las otras interacciones.

Volker Burket, uno de los directores de la investigación y coautor del estudio publicado en la revista Nature, asegura que los protones han roto el récord de presión establecido por las estrellas de neutrones, que con estrellas muertas abrumadoramente densas que se forman cuando una estrella grande explota y su núcleo colapsa.

En concreto, las estimaciones de los investigadores afirman que la presión en el centro de un protón es aproximadamente un millón de trillones de veces la fuerza de la presión atmosférica de la Tierra.

«Descubrimos una presión extremadamente alta dirigida hacia el exterior desde el centro del protón, y una muy inferior y más extendida dirigida hacia dentro, cerca de la periferia del protón», ha explicado Volker Burkert. «Nuestros resultados arrojan luz sobre la distribución de la fuerza nuclear fuerte dentro del protón», «Estamos proporcionando una forma de visualizar la magnitud y la distribución de esta fuerza, lo que abre un camino completamente nuevo en la física nuclear y de partículas que podrá ser explorado en el futuro».

Los protones están formados por pequeñas partículas. En este sentido, se incluyen los quarks, con carga eléctrica; y los gluones, que se encargan de transmitir la fuerza nuclear que mantiene unidos a los protones. Es justo en el centro de esta masa de partículas que una intensa presión es empujada hacia afuera, sin embargo, la fuerza externa se mantiene controlada debido a la presión ejercida hacia adentro desde las regiones externas de la partícula.

Este patrón de presión es similar a lo que ocurre dentro de objetos más grandes, como las estrellas, según Oleg Teryaev, del Instituto Conjunto de Investigación Nuclear en Dubna, Rusia. Él explica que las estrellas también cuentan con presiones ejercidas hacia afuera desde sus centros, contrarrestando la atracción de la gravedad hacia dentro.

Para realizar el estudio y cuantificar la presión de los protones, los investigadores utilizaron datos de un detector de partículas llamado CLAS, o Espectómetro de Aceptación Grande de la Aceleradora Continua del Haz de Electrones, ubicado en el laboratorio donde trabajan. Durante los experimentos, los físicos dispararon electrones al hidrógeno líquido, que es una gran fuente de protones, observando lo ocurrido cuando los electrones interactuaban con los protones y rebotaban.

Referencia Bibliográfica:

The pressure distribution inside the proton. Nature 557, 396–399 (2018)

doi:10.1038/s41586-018-0060-z

Fuente: ABC Ciencia