Durante décadas el conocimiento que han recabado los físicos acerca de la estructura interna de los protones se ha afianzado sobre la física clásica. Sin embargo, desde hace más de un siglo sabemos que la descripción más precisa que tenemos del mundo de las partículas nos la entrega la física cuántica. La siempre exótica y apasionante mecánica cuántica.
Los modelos tradicionales tratan a los quarks y los gluones, las partículas que cohabitan en el interior de los protones, como partículas esencialmente independientes. Esta descripción implica que cada una de ellas es responsable de una fracción del momento total del protón con una probabilidad determinada. Aunque en la práctica funciona bien, esta aproximación no captura las correlaciones cuánticas entre estas partículas, y, en realidad, los quarks y los gluones son objetos estrictamente cuánticos.
Esto significa que pueden existir superposiciones entre ellos y que pueden comportarse con un único sistema entrelazado. Hasta hace poco era muy difícil llevar a cabo una comprobación experimental de la caracterización cuántica de estas partículas, pero, afortunadamente, los aceleradores permiten a los físicos encarar su estudio con una perspectiva inédita. Y lo que han comprobado tres investigadores recientemente es apasionante: el protón tiene una naturaleza cuántica mucho más profunda de lo que se creía.
Interferencias cuánticas entre quarks y gluones
Los físicos Alexey Vladimirov, de la Universidad Complutense de Madrid; Guillermo Portela, de DESY Hamburgo (Alemania); y Simone Rodini, de la Università degli Studi di Pavia (Italia), han publicado un artículo en Physical Review Letters en el que demuestran haber encontrado la primera evidencia experimental de un tipo de interferencia cuántica entre los quarks y los gluones del protón. Este fenómeno había sido predicho por la teoría, pero hasta ahora no se había observado experimentalmente.
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Este fenómeno había sido predicho por la teoría, pero hasta ahora no se había observado experimentalmente
De hecho, el logro de estos tres científicos consiste en que han conseguido obtener por primera vez esta evidencia experimental a partir de los datos recogidos por los aceleradores de partículas. Sea como sea, una de las conclusiones a las que han llegado es que las magnitudes que codifican la interferencia cuántica entre los quarks y los gluones son unas funciones de distribución muy diferentes de las funciones habituales.
Esto es, precisamente, lo que les ha llevado a aceptar que la naturaleza cuántica del protón es más compleja de lo que se había observado experimentalmente hasta ahora. De hecho, curiosamente, los físicos han tardado en llegar a esta descripción porque habían aceptado a partir de los preceptos clásicos la existencia de una estructura bidimensional que, en realidad, no es tal.
En cualquier caso, este nuevo conocimiento acerca de la estructura interna de los protones es importante porque arroja nueva luz sobre la crisis del espín del protón. Los quarks solo explican entre el 4% y el 24% del espín total del protón, y ahora los físicos saben que también está determinado por el espín de los gluones y el momento angular orbital de los quarks y los gluones. Es mucha información nueva.
Y, sobre todo, como hemos visto, se sostiene sobre datos experimentales y no únicamente sobre modelos teóricos. Aun así, los autores de este artículo reconocen que los datos actuales no son suficientes para identificar qué modelo teórico explica mejor cómo se distribuye la interferencia dentro del protón.
Imagen | Generada por Xataka con Gemini
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La noticia
Los físicos creían conocer la estructura de los protones. Ahora saben que son mucho más asombrosos de lo que pensaban
fue publicada originalmente en
Xataka
por
Laura López
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Los físicos creían conocer la estructura de los protones. Ahora saben que son mucho más asombrosos de lo que pensaban
La descripción más precisa que tenemos del mundo de las partículas nos la entrega la física cuántica
El protón tiene una naturaleza cuántica mucho más profunda de lo que se creía
Durante décadas el conocimiento que han recabado los físicos acerca de la estructura interna de los protones se ha afianzado sobre la física clásica. Sin embargo, desde hace más de un siglo sabemos que la descripción más precisa que tenemos del mundo de las partículas nos la entrega la física cuántica. La siempre exótica y apasionante mecánica cuántica.
Los modelos tradicionales tratan a los quarks y los gluones, las partículas que cohabitan en el interior de los protones, como partículas esencialmente independientes. Esta descripción implica que cada una de ellas es responsable de una fracción del momento total del protón con una probabilidad determinada. Aunque en la práctica funciona bien, esta aproximación no captura las correlaciones cuánticas entre estas partículas, y, en realidad, los quarks y los gluones son objetos estrictamente cuánticos.
Esto significa que pueden existir superposiciones entre ellos y que pueden comportarse con un único sistema entrelazado. Hasta hace poco era muy difícil llevar a cabo una comprobación experimental de la caracterización cuántica de estas partículas, pero, afortunadamente, los aceleradores permiten a los físicos encarar su estudio con una perspectiva inédita. Y lo que han comprobado tres investigadores recientemente es apasionante: el protón tiene una naturaleza cuántica mucho más profunda de lo que se creía.
Interferencias cuánticas entre quarks y gluones
Los físicos Alexey Vladimirov, de la Universidad Complutense de Madrid; Guillermo Portela, de DESY Hamburgo (Alemania); y Simone Rodini, de la Università degli Studi di Pavia (Italia), han publicado un artículo en Physical Review Letters en el que demuestran haber encontrado la primera evidencia experimental de un tipo de interferencia cuántica entre los quarks y los gluones del protón. Este fenómeno había sido predicho por la teoría, pero hasta ahora no se había observado experimentalmente.
Este fenómeno había sido predicho por la teoría, pero hasta ahora no se había observado experimentalmente
De hecho, el logro de estos tres científicos consiste en que han conseguido obtener por primera vez esta evidencia experimental a partir de los datos recogidos por los aceleradores de partículas. Sea como sea, una de las conclusiones a las que han llegado es que las magnitudes que codifican la interferencia cuántica entre los quarks y los gluones son unas funciones de distribución muy diferentes de las funciones habituales.
Esto es, precisamente, lo que les ha llevado a aceptar que la naturaleza cuántica del protón es más compleja de lo que se había observado experimentalmente hasta ahora. De hecho, curiosamente, los físicos han tardado en llegar a esta descripción porque habían aceptado a partir de los preceptos clásicos la existencia de una estructura bidimensional que, en realidad, no es tal.
En cualquier caso, este nuevo conocimiento acerca de la estructura interna de los protones es importante porque arroja nueva luz sobre la crisis del espín del protón. Los quarks solo explican entre el 4% y el 24% del espín total del protón, y ahora los físicos saben que también está determinado por el espín de los gluones y el momento angular orbital de los quarks y los gluones. Es mucha información nueva.
Y, sobre todo, como hemos visto, se sostiene sobre datos experimentales y no únicamente sobre modelos teóricos. Aun así, los autores de este artículo reconocen que los datos actuales no son suficientes para identificar qué modelo teórico explica mejor cómo se distribuye la interferencia dentro del protón.
