La masa del protón ha sido resuelta. Noticias gratuitas de la biblioteca técnica

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Masa de protones resuelta

28.11.2018

Los protones están formados por partículas aún más pequeñas llamadas quarks, por lo que es de esperar que simplemente sumando las masas de los quarks se obtenga la masa del protón. Sin embargo, su suma es demasiado pequeña para explicar la masa del protón. Y nuevos cálculos detallados muestran que solo el 9 por ciento de la energía del protón proviene de la masa de sus quarks constituyentes. El resto de la masa del protón proviene de procesos complejos que tienen lugar dentro de la partícula.

Los quarks obtienen su masa de un proceso asociado con el bosón de Higgs, una partícula elemental descubierta por primera vez en 2012. Pero "las masas de los quarks son diminutas", dice el coautor del estudio y físico teórico Keh-Fei Liu de la Universidad de Kentucky en Lexington. Por lo tanto, no son muy importantes para explicar la masa del protón.

En cambio, gran parte de la masa del protón se debe a las complejidades de la cromodinámica cuántica (QCD), que explica la formación de espuma de partículas en el protón. Realizar cálculos con QCD es extremadamente difícil, por lo que para estudiar teóricamente las propiedades del protón, los científicos confían en un método llamado celosía QCD, en el que el espacio y el tiempo se dividen en secciones que contienen quarks.

Usando esta técnica, los físicos calcularon previamente la masa del protón, pero hasta ahora no han podido explicar por qué. El físico teórico Andre Walker-Load del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California dijo que los investigadores han entrado en "una nueva era" en la que la red QCD se puede utilizar para comprender mejor la física nuclear.

Liu y sus colegas encontraron que además del 9 por ciento de la masa de un protón que proviene de los quarks, el 32 por ciento proviene de la energía de los quarks que vuelan dentro del protón (si recuerda la famosa ecuación de Einstein E = mc2, está claro que la energía y la masa son dos caras de la misma moneda). Los otros constituyentes del protón, partículas sin masa llamadas gluones que ayudan a mantener unidos a los quarks, contribuyen con otro 36 por ciento de su masa a través de su energía.

El 23 por ciento restante proviene de los efectos cuánticos que ocurren cuando los quarks y los gluones interactúan de manera compleja en un protón. Estas interacciones hacen que QCD ignore un principio llamado invariancia de escala. En las teorías de escala invariante, el estiramiento o la contracción del espacio y el tiempo no tiene nada que ver con los resultados de la teoría. Las partículas masivas proporcionan escala a la teoría, por lo que cuando QCD desafía la invariancia de escala, los protones también ganan masa.

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