Subestructuras inesperadas en componentes fundamentales de la materia

Representación artística de quarks en deuterio. - RAN SHNEOR

   MADRID, 14 Oct. (EUROPA PRESS) -

   Estudios presentados en la reunión de otoño de de la División de Física Nuclear de la Sociedad Americana de Física revelan subestructuras inesperadas en componentes esenciales de la materia.

   Los resultados preliminares, que utilizan un novedoso método de etiquetado, podrían explicar el origen de la antigua paradoja nuclear conocida como efecto EMC o compatibilidad electromagnética. Por otra parte, los autores compartirán los próximos pasos tras la reciente observación de antimateria asimétrica en el protón.

   Uno de los estudios presenta nuevas pruebas sobre el efecto EMC, identificado hace casi 40 años cuando los investigadores de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) descubrieron algo sorprendente: Los protones y neutrones unidos en un núcleo atómico pueden cambiar su composición interna de quarks y gluones. Pero aún se desconoce por qué surgen estas modificaciones y cómo predecirlas.

   Por primera vez, los científicos han medido ahora el efecto EMC marcando neutrones espectadores, dando un paso importante para resolver el misterio.

   "Presentamos los resultados de una nueva medición transformadora de un observable novedoso que proporciona una visión directa del origen del efecto EMC", destaca en un comunicado Tyler T. Kutz, investigador postdoctoral del Instituto Tecnológico de Massachusetts y becario postdoctoral Zuckerman de la Universidad de Tel Aviv, que revelará los hallazgos en la reunión.

   Dentro del Detector de Neutrones en Ángulo Inverso (BAND) del Laboratorio Jefferson, los neutrones espectadores etiquetados "dividen" la función de onda nuclear en diferentes secciones. Este proceso permite determinar cómo afectan el momento y la densidad a la estructura de los nucleones unidos.

   El equipo descubrió efectos considerables e imprevistos. Las observaciones preliminares ofrecen pruebas directas de que el efecto EMC está relacionado con las fluctuaciones de nucleones de alta densidad local y alto momento.

   "Los resultados tienen importantes implicaciones para nuestra comprensión de la estructura QCD (cromodinámica cuántica) de la materia visible --explica Efraín Segarra, un estudiante graduado del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) que trabaja en el experimento--. La investigación podría arrojar luz sobre la naturaleza del confinamiento, las interacciones fuertes y la composición fundamental de la materia".

   Un equipo del Fermilab encontró pruebas de que la asimetría de la antimateria también desempeña un papel crucial en las propiedades de los nucleones, una observación histórica publicada a principios de este año en 'Nature'. El nuevo análisis indica que, en el caso más extremo, un solo antiquark puede ser responsable de casi la mitad del momento de un protón.

   "Este sorprendente resultado muestra claramente que, incluso en fracciones de momento elevadas, la antimateria es una parte importante del protón --afirma Shivangi Prasad, investigadora del Laboratorio Nacional Argonne--. Demuestra la importancia de los enfoques no perturbadores de la estructura del bloque básico de la materia, el protón".

   Prasad ha presentado el experimento SeaQuest, que encontró más antiquarks "down" que "up" dentro del protón y la investigación preliminar sobre la distribución de los quarks marinos y los gluones.

   "La Colaboración SeaQuest observó el interior del protón lanzando un haz de protones de alta energía contra objetivos hechos de hidrógeno (esencialmente protones) y deuterio (núcleos que contienen protones y neutrones individuales)", señala Prasad.

   "Dentro del protón, los quarks y los antiquarks se mantienen unidos por fuerzas nucleares extremadamente fuertes y tan grandes que pueden crear pares de quarks de antimateria-materia a partir del espacio vacío", explica. Pero los emparejamientos subatómicos sólo existen durante un momento fugaz antes de aniquilarse.

   Los resultados de los antiquarks han renovado el interés por varias explicaciones anteriores sobre la asimetría de la antimateria en el protón. Prasad tiene previsto discutir futuras mediciones que podrían poner a prueba los mecanismos propuestos.