Opinión

Nueva medición del tamaño del protón

Desde principio del siglo veinte se encontró que los átomos están formados por protones de carga eléctrica positiva, neutrones sin carga eléctrica, y electrones de carga eléctrica negativa.

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Por: Vicente Aboites

Desde principio del siglo veinte se encontró que los átomos están formados por protones de carga eléctrica positiva, neutrones sin carga eléctrica, y electrones de carga eléctrica negativa. Los protones y los neutrones forman parte del núcleo atómico mientras que los electrones giran alrededor del núcleo. Posteriormente se descubrió que los protones y neutrones están a su vez formados por otras partículas más pequeñas llamadas quarks.  Para muchos propósitos, como por ejemplo el estudio de los gases a partir de la teoría cinética, podemos pensar que los átomos son pequeñas y duras esferas que se mueven incesantemente golpeándose entre ellos y contra las paredes del recipiente que les contiene. 

Esta imagen es útil a pesar de que visto en una escala menor un átomo es esencialmente un gigantesco espacio vacío en el que habitan un núcleo formado por neutrones y protones y muy, realmente muy alejado de ese núcleo, nubes electrónicas. Con los protones y neutrones ocurre algo semejante pues en cierta escala podemos imaginar a estas partículas como esferas sólidas, por ejemplo cuando se detectan los neutrones producidos por un reactor nuclear. Sin embargo a otra escala mucho menor, sabemos que un protón y un neutrón son un inmenso espacio vacío habitado por tres partículas diminutas llamadas quarks.

La determinación del radio de un protón ha sido una incógnita de la física fundamental no completamente resuelta desde hace más de una década. En el año dos mil diez se determinó que éste era más pequeño de lo que se pensaba, de 0.88 femtómetros (un femtómetro es 0.000 000 000 000 001 metro). Sin embargo hace unos días la prestigiada revista “Science” publicó un artículo con la más reciente y precisa medición del radio de un protón (ver: N. Bezginov et al., “A measurement of the atomic hydrogen Lamb shift and the proton charge radius”. Science, 2019; 365 (6457): 1007) resultando ser todavía un poco menor, de solamente 0.833 femtómetros.  A los investigadores canadienses de la Universidad de York les tomó ocho años terminar este experimento, que ellos consideran como; “el más difícil trabajo de laboratorio que ellos hayan jamás realizado”. El método utilizado por estos investigadores hace uso de átomos de hidrógeno. Estos átomos consisten de un solo protón en el núcleo y de un solo electrón girando alrededor. De este modo es posible medir la frecuencia (o longitud de onda) de las transiciones energéticas entre diferentes órbitas del electrón en el átomo. Estas frecuencias (o longitudes de onda) están estrechamente relacionadas con el tamaño exacto del protón alrededor del cual giran los electrones y por tanto con estas mediciones fue posible determinar con enorme precisión el radio del protón.

Otros métodos anteriormente empleados para establecer el radio del protón estaban basados en medir la dispersión (scattering) de una partícula cargada cuando otras partículas también igualmente cargadas inciden en ella o cerca de ella. En este caso el patrón de dispersión obtenido está directamente relacionado con el tamaño de la partícula estudiada. De hecho fue utilizando este método como Ernest Rutherford determinó por primera vez la estructura nuclear del átomo en 1911.

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