Los físicos finalmente calcularon de dónde proviene la masa del protón

La masa de un protón es más justa que la suma de sus partes. Y ahora los científicos saben exactamente qué explica el peso de la partícula subatómica.. Los protones están formados por partículas aún más pequeñas llamadas quarks., por lo que podría esperar que simplemente sumando las masas de los quarks debería obtener la masa del protón. sin embargo, esa suma es demasiado pequeña para explicar el volumen del protón. Y nuevo, Cálculos detallados muestran que solamente 9 porcentaje del peso del protón proviene de la masa de los quarks constituyentes. El resto de la masa del protón proviene de efectos complicados que ocurren dentro de la partícula., los investigadores informan en noviembre. 23 Cartas de revisión física.

EMPRENDIMIENTO MASIVO Usando una técnica llamada celosía QCD, Los científicos descubrieron cómo los protones (ilustrado aquí en el núcleo de un átomo) obtener su masa Foto: DISEÑO KTS/SHUTTERSTOCK

Los quarks obtienen su masa de un proceso conectado al bosón de Higgs, una partícula elemental detectada por primera vez en 2012 (número de serie: 7/28/12, pags. 5). Pero “las masas de los quarks son minúsculas,” dice el coautor del estudio y físico teórico Keh-Fei Liu de la Universidad de Kentucky en Lexington.. Asi que, para protones, la explicación de Higgs se queda corta.

En lugar, la mayor parte de los protones 938 millones de electronvoltios de masa se debe a las complejidades de la cromodinámica cuántica, o QCD, la teoría que explica la agitación de partículas dentro del protón. Hacer cálculos con QCD es extremadamente difícil, para estudiar teóricamente las propiedades del protón, los científicos confían en una técnica llamada celosía QCD, en el que el espacio y el tiempo se dividen en una cuadrícula, sobre el que residen los quarks.

Usando esta técnica, los físicos habían previamente calculó la masa del protón (número de serie: 12/20/08, pags. 13). Pero los científicos no habían dividido de dónde proviene esa masa hasta ahora., dice el físico teórico André Walker-Loud del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California. "Es emocionante porque es una señal de que... realmente hemos llegado a esta nueva era" en la que la QCD de celosía se puede usar para comprender mejor la física nuclear..

Además de 9 porcentaje de la masa del protón que proviene del peso de los quarks, 32 el porcentaje proviene de la energía de los quarks que se mueven rápidamente dentro del protón, Liu y sus colegas encontraron. (Eso es porque la energía y la masa son dos caras de la misma moneda., gracias a la famosa ecuación de Einstein, E=mc².) Otros ocupantes del protón, partículas sin masa llamadas gluones que ayudan a mantener unidos a los quarks, contribuir con otro 36 por ciento a través de su energía.

El restante 23 el porcentaje surge debido a los efectos cuánticos que ocurren cuando los quarks y los gluones interactúan de formas complicadas dentro del protón. Esas interacciones hacen que QCD se burle de un principio llamado invariancia de escala.. Teorías invariantes en escala, estirar o encoger el espacio y el tiempo no hace ninguna diferencia en los resultados de las teorías. Las partículas masivas dotan a la teoría de una escala, entonces cuando QCD desafía la invariancia de escala, los protones también ganan masa.

Los resultados del estudio no sorprenden, dice el físico teórico Andreas Kronfeld de Fermilab en Batavia, Enfermo. Los científicos han sospechado durante mucho tiempo que la masa del protón se compuso de esta manera.. Pero, él dice, “este tipo de cálculo reemplaza una creencia con conocimiento científico”.

Fuente: www.sciencenews.org, por Emily Conover