Encuentran la masa oculta del protón

Históricamente, uno de los mayores misterios del protón ha venido siendo el origen de su masa. Resulta que la masa medida del protón no procede exclusivamente de sus componentes físicos, sus tres quarks conocidos como quarks de valencia. Dicho de otro modo, si se suman las masas que, según el Modelo Estándar, poseen los quarks de un protón, solo se obtiene una pequeña fracción de la masa del protón.

En las últimas décadas, los físicos nucleares han llegado a la conclusión de que la masa del protón procede de varias fuentes. En primer lugar, obtiene parte de la masa de sus quarks y otra parte viene de sus movimientos. En segundo lugar, obtiene masa de la energía de la fuerza fuerte que pega esos quarks entre sí, fuerza que se manifiesta en forma de "gluones". Por último, obtiene masa de las interacciones dinámicas de los quarks y gluones del protón.

Un nuevo experimento puede haber aclarado definitivamente la masa generada por los gluones del protón, al precisar la ubicación de la materia generada por estos gluones. Se ha descubierto que el radio de este núcleo de materia reside en el centro del protón. Además, todo apunta a que este núcleo de materia tiene un tamaño diferente al radio de carga del protón, una cantidad, bien medida, que a menudo se utiliza como indicador del tamaño del protón. El radio de esta estructura de masa es menor que el radio de carga.

El experimento lo ha realizado el equipo de Mark Jones en el Centro del Acelerador Nacional Thomas Jefferson, del Departamento de Energía de Estados Unidos.

El descubrimiento ha sido una sorpresa hasta para los propios experimentadores, tal como confiesa Zein-Eddine Meziani, del Laboratorio Nacional de Argonne en Estados Unidos y miembro del equipo de investigación. "Lo que hemos encontrado es algo que realmente no esperábamos descubrir por esta vía. El objetivo original de este experimento era la búsqueda de un pentaquark del que informaron unos investigadores del CERN", explicó Meziani.

El radio de masa del protón es más pequeño que el radio de carga eléctrica (Charge region). Una nube gluónica (Scalar cloud) se extiende más allá del radio de carga eléctrica. El hallazgo ayudará a conocer mucho mejor la distribución de masa en el protón. (Imagen: Argonne National Laboratory)

Jones, Meziani y sus colegas exponen los detalles técnicos del experimento y del descubrimiento en la revista académica Nature, bajo el título “Determining the Proton's Gluonic Gravitational Form Factors”. (Fuente: NCYT de Amazings)