En el interior de los núcleos atómicos, algunas formas de antimateria parecen ser más comunes que otras. Eso es al menos lo que acaba de concluir un equipo internacional de físicos tras veinte años de cuidadosas mediciones con átomos de hidrógeno, cuyo núcleo está formado por un solo protón.

La descripción más simple del protón establece que este se encuentra formado por tres quarks: dos de tipo arriba (hasta) y uno de tipo abajo (abajo), las dos especies de quarks más ligeras de las seis que existen. Sin embargo, en las inmediaciones de estos quarks «de valencia» se generan durante breves instantes de tiempo pares formados por un quark y un antiquark. A su vez, todas esas partículas intercambian gluones, los mediadores de la interacción nuclear fuerte que mantiene unidos a protones y neutrones en el núcleo atómico.

En lo que respecta a sus propiedades físicas, los antiquarks pueden considerarse «imágenes especulares» de los quarks, por lo que también de ellos existen seis tipos. Sin embargo, los distintos antiquarks no parecen surgir por igual en el interior del protón. Según el nuevo trabajo, cuyos resultados se publican en Naturaleza, los antiquarks de tipo abajo serían considerablemente más comunes que los de tipo arriba.

El artículo, firmado por el físico de la Universidad de Illionois en Urbana-Champaign Jason Dove y varias decenas de investigadores más, recoge los resultados del experimento SeaQuest. Iniciado hace dos décadas y ubicado en el laboratorio Fermilab, cerca de Chicago, este proyecto persigue analizar con detalle cómo contribuye a la estructura del protón el «mar» de partículas y antipartículas que se generan en su interior.

Para ello, los investigadores dirigen haces de protones contra dos blancos: uno con hidrógeno líquido y otro con deuterio, un isótopo del hidrógeno cuyo núcleo contiene un neutrón además del protón habitual. Cuando los protones del haz tienen la energía adecuada, un quark presente en un nucleón puede interaccionar con un antiquark presente en otro, tras lo cual uno y otro se aniquilarán. Entre otras partículas, dicho proceso puede acabar generando pares de muones y antimuones, réplicas pesadas del electrón y del positrón, respectivamente.

El análisis de los muones así generados permite determinar qué especies de antiquarks han tomado parte en el proceso. Gracias a ello, los investigadores han inferido que el interior del protón contiene un exceso de antiquarks de tipo abajo, los cuales serían hasta un 40 por ciento más abundantes que los antiquarks de tipo arriba.

Si estos resultados se confirman, el hallazgo tendrá implicaciones para otros experimentos de física de partículas, como los que se llevan a cabo en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, en Ginebra, donde se hacen colisionar protones a velocidades muy próximas a la de la luz. Con todo, otros expertos llaman a la cautela, ya que los resultados del nuevo trabajo no coinciden con los referidos en su día por la colaboración E866/NuSea, otro experimento similar cuyos resultados se publicaron en 2001. Por ahora, los investigadores no son capaces de explicar el origen de esta discrepancia.

Robert Gast

Referencia: «La asimetría de la antimateria en el protón.»; Jason Dove et al. en Nature, vol. 590, págs. 561-565, febrero de 2021.



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