El núcleo de un átomo es un lugar diminuto y los protones dentro son aún más pequeños todavía. Teniendo esto en cuenta, ¿alguna vez te has preguntado cuánta presión hay en el interior de esta partícula? Ahora, un equipo de científicos finalmente ha conseguido hallar su valor: 1035 pascales. Esto es lo mismo a mil millones de billones de veces la presión que se encuentra en el fondo de la Fosa de las Marianas, esto también es igual a 10 veces la presión dentro de una estrella de neutrones, que es el objeto más denso conocido en el universo. Los detalles fueron publicados en Nature.
El equipo liderado por Volker Burkert, de la Instalación Nacional de Aceleradores Thomas Jefferson en Newport News, Virginia (EE.UU), es responsable de la medición. “Encontramos una presión extremadamente alta dirigida hacia el exterior desde el centro del protón, y una presión mucho más baja y más extendida hacia adentro cerca de la periferia del protón", dijo Burkert.
Dado que las condiciones internas de un protón son extremas, los investigadores tuvieron que hacer uso de algunos artilugios.
Un mapa 3D
Pero antes, un poco de contexto. Los protones están formados por tres partículas fundamentales llamados quarks. Estos se mantienen unidos por la fuerza nuclear fuerte, la cual se origina a partir de otras partículas llamadas gluones.
Para trabajar con este material minúsculo, el equipo hizo uso de un proceso llamado dispersión de Compton. Este consistía en disparar un haz de electrones hacia un protón. Cada electrón llevaba consigo energía en forma de paquete que se comportaba como un fotón. Cuando un electrón lograba interactuar con un quark, hacía que todo el protón se mueva, y que el quark emita un fotón de alta energía.
Todo esto fue medido: el movimiento del electrón, el protón y el fotón al final del experimento, incluso los ángulos de colisión. A partir de esta información, se creó un mapa 3D de los quarks dentro del protón.
Dos fotones, un gravitón
Lamentablemente, este mapa por sí solo no nos dice mucho sobre las fuerzas existentes dentro de un protón. Para averiguarlo, necesitaríamos de una partícula teórica llamada gravitón. El ligero inconveniente es que aún no se ha hallado ninguna. Aquí es donde el equipo aplicó el artilugio.
La información de dos fotones se puede combinar para imitar el comportamiento de un gravitón. Estos dos fotones, el que colisionó y fue absorbido al inicio del experimento y el que fue emitido luego, hicieron que este sistema se comportara como si fuese un solo gravitón, dijo Burkert.
"Hay un fotón entrando y un fotón saliendo. Y el par de fotones son ambos spin-1. Eso nos da la misma información que intercambiar una partícula de gravitón con spin-2", comentó el coautor del artículo Francois-Xavier Girod.
Este pequeño truco hizo posible que el equipo obtuviera la información necesaria sin tener que usar una prueba gravitacional directa. Así lograron calcular que la presión dentro del protón es de aproximadamente 1035 pascales. Esto es lo mismo a mil millones de billones de veces la presión que se encuentra en el fondo de la Fosa de las Marianas, esto también es igual a 10 veces la presión dentro de una estrella de neutrones, que es el objeto más denso conocido en el universo.