Un estudio dirigido por el profesor Chen Xurong del Instituto de Física Moderna (IMP) de la Academia de Ciencias de China (CAS) ha proporcionado nuevos conocimientos sobre los orígenes de la masa de los protones. Desde un punto de vista experimental, los investigadores sugirieron que la influencia de los quarks pesados sobre la masa de los protones podría ser mayor de lo que los científicos pensaban inicialmente. Los hallazgos fueron publicados en Physical Review D el 27 de febrero.
Los nucleones, compuestos por protones y neutrones, contribuyen a más del 99% de la masa observable del universo. Los mecanismos subyacentes de la masa de los nucleones están estrechamente relacionados con fenómenos como la anomalía de la traza cuántica, el confinamiento del color y la ruptura de la simetría quiral dinámica. Por lo tanto, investigar los orígenes de la masa de los nucleones es un tema de investigación importante en los estudios de estructura de los nucleones y cromodinámica cuántica.
En estudios anteriores, se ha postulado que la masa de los quarks que residen dentro de los protones se origina predominantemente a partir de sus quarks constituyentes:dos quarks arriba y uno abajo, y las contribuciones de otros tipos de quarks se consideran insignificantes. Investigaciones recientes han sugerido la posible presencia de especies de quarks más pesados dentro de los protones. Sin embargo, no hay suficiente evidencia experimental directa para confirmar el impacto sustancial de los quarks pesados (quark extraño, quark encantador y quark belleza) en la masa de los protones.
En este estudio, al establecer una relación entre la energía de anomalía cuántica de los protones y el término sigma total (incluidas las contribuciones de los quarks ligeros y pesados a la masa de los protones), los investigadores del IMP extrajeron el término sigma de datos experimentales con mesones vectoriales cerca del umbral foto- producción.
Revelaron un término sigma mayor de lo previsto de quarks pesados, aproximadamente 337 MeV (ajuste dipolar) y 455 MeV (ajuste exponencial), que constituyen entre el 36% y el 48% de la masa total de protones (938 MeV). La significación estadística del valor distinto de cero (ajuste exponencial) alcanza aproximadamente siete desviaciones estándar (lo que equivale a una probabilidad del 99,999999999744%).
Además, la utilización de datos de dos grupos experimentales, con el método de prueba Kolmogorov-Smirnov, confirmó la compatibilidad del término sigma extraído de ambos conjuntos de datos.
Este estudio ofrece conocimientos novedosos para futuras investigaciones sobre los orígenes de la masa de los protones y proporciona nuevos observables para la investigación de los próximos colisionadores de iones de electrones (EIC).
Más información: Wei Kou et al, Desentrañando la extrañeza de los protones:determinación del término sigma de extrañeza con significación estadística, Physical Review D (2024). DOI:10.1103/PhysRevD.109.036034
Proporcionado por la Academia de Ciencias de China
