Los investigadores de la Universidad de York han realizado una medición precisa del tamaño del protón, un paso crucial para resolver un misterio que ha preocupado a los científicos de todo el mundo durante la última década.

Los científicos pensaron que conocían el tamaño del protón, pero eso cambió en 2010 cuando un equipo de físicos midió que el valor del radio del protón era un cuatro por ciento más pequeño de lo esperado, que confundió a la comunidad científica. Desde entonces, Los físicos del mundo han estado luchando para resolver el enigma del radio del protón:la inconsistencia entre estos dos valores del radio del protón. Este acertijo es un problema importante sin resolver en la física fundamental actual.

Ahora, un estudio que se publicará en la revista Ciencias encuentra una nueva medida para el tamaño del protón a 0,833 femtómetros, que es poco menos de una billonésima de milímetro. Esta medida es aproximadamente un cinco por ciento más pequeña que el valor del radio previamente aceptado antes de 2010.

El estudio, dirigido por investigadores de la Facultad de Ciencias de la Universidad de York, presenta una nueva medición basada en electrones de qué tan lejos se extiende la carga positiva del protón, y confirma el hallazgo de 2010 de que el protón es más pequeño de lo que se creía anteriormente.

"El nivel de precisión requerido para determinar el tamaño del protón hizo que esta sea la medición más difícil que nuestro laboratorio haya intentado jamás, "dijo el distinguido profesor de investigación Eric Hessels, Departamento de Física y Astronomía, quien dirigió el estudio.

"Después de ocho años de trabajar en este experimento, nos complace registrar una medición de tan alta precisión que ayuda a resolver el escurridizo rompecabezas del radio del protón, "dijo Hessels.

La búsqueda para resolver el rompecabezas del radio del protón tiene consecuencias de gran alcance para la comprensión de las leyes de la física, como la teoría de la electrodinámica cuántica, que describe cómo interactúan la luz y la materia.

Hessels, quien es un físico reconocido internacionalmente y experto en física atómica, dice que tres estudios anteriores fueron fundamentales para intentar resolver la discrepancia entre las determinaciones del tamaño del protón basadas en electrones y muones.

El estudio de 2010 fue el primero en utilizar hidrógeno muónico para determinar el tamaño del protón, en comparación con experimentos anteriores que usaban hidrógeno regular. En el momento, Los científicos estudiaron un átomo exótico en el que el electrón es reemplazado por un muón, el primo más pesado del electrón. Si bien un estudio de 2017 que utilizó hidrógeno estuvo de acuerdo con la determinación del radio de carga de protones basada en muones de 2010, un experimento de 2018, también usando hidrógeno, apoyó el valor anterior a 2010.

Hessels y su equipo de científicos pasaron ocho años enfocados en resolver el rompecabezas del radio del protón y comprender por qué el radio del protón adquirió un valor diferente cuando se midió con muones. en lugar de electrones.

El equipo de la Universidad de York estudió el hidrógeno atómico para comprender el valor desviado obtenido del hidrógeno muónico. Llevaron a cabo una medición de alta precisión utilizando la técnica de campos oscilatorios separados con compensación de frecuencia (FOSOF), que desarrollaron para esta medida. Esta técnica es una modificación de la técnica de campos oscilatorios separados que ha existido durante casi 70 años y le valió a Norman F. Ramsey un premio Nobel. Su medición utilizó un haz rápido de átomos de hidrógeno creado al pasar protones a través de un objetivo de gas de hidrógeno molecular. El método les permitió realizar una medición basada en electrones del radio del protón que es directamente análoga a la medición basada en muones del estudio de 2010. Su resultado concuerda con el valor más pequeño encontrado en el estudio de 2010.