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Lunes, 30 marzo 2015
Física

La supercomputadora JUQUEEN ayuda a explicar la diferencia entre la masa del protón y la del neutrón

La existencia y estabilidad de los átomos depende en gran medida del hecho de que los neutrones son un poco más masivos que los protones. Las masas difieren solo en alrededor de un 0,14 por ciento. Un valor ligeramente más pequeño o más grande de la diferencia de masas habría llevado a un universo radicalmente distinto, con demasiados neutrones, hidrógeno insuficiente, o una escasez excesiva de elementos pesados. La diminuta diferencia de masa es la razón por la que los neutrones libres se desintegran en promedio en alrededor de diez minutos, mientras que los protones (los inmutables ladrillos de la identidad de cada elemento químico) permanecen estables durante un período prácticamente ilimitado.

 

En 1972, unos 40 años después del descubrimiento del neutrón por Chadwick en 1932, Harald Fritzsch (Alemania), Murray Gell-Mann (Estados Unidos) y Heinrich Leutwyler (Suiza) presentaron una teoría coherente de las partículas y fuerzas que forman el neutrón y el protón, conocida como cromodinámica cuántica.

 

Hoy en día, sabemos que los protones y los neutrones están compuestos por “quarks u” (por la palabra inglesa Up o Arriba) y “quarks d” (por la palabra inglesa Down o abajo). El protón está hecho de un quark d y dos quarks u, mientras que el neutrón está compuesto de un quark u y dos quarks d.

 

[Img #26440]

 

Las simulaciones en superordenadores realizadas durante los últimos años confirmaron que la mayor parte de la masa del protón y del neutrón resulta de la energía transportada por los quarks que los constituyen, de acuerdo con la fórmula de Einstein E=mc2. Sin embargo, una pequeña aportación del campo electromagnético que rodea al protón cargado eléctricamente debería hacerlo aproximadamente un 0,1 por ciento más masivo que el neutrón, que es neutro. El hecho de que la masa medida del neutrón sea mayor es debido a cierta interacción sutil entre efectos electromagnéticos y efectos asociados a diferencia de masas entre quarks, tal y como un equipo de físicos de Francia, Alemania y Hungría, encabezado por Zoltán Fodor, ha conseguido ahora mostrar mediante simulaciones extremadamente complejas en un trabajo para el que ha sido fundamental la labor de cálculo realizada por la supercomputadora JUQUEEN, del Centro de Investigación de Jülich en Alemania.

 

Los resultados de este trabajo abren la puerta a una nueva generación de simulaciones que serán empleadas para determinar las propiedades de quarks, gluones y otras partículas.

 

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