• Imprimeix

La força gegantina que uneix els quarks

Científics del Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) han aconseguit, per primer cop, determinar la força que manté units els tres quarks que formen un protó. Concretament, han mesurat la distribució de la pressió a l’interior d’un protó, una magnitud dictada per la força nuclear forta. Aquest descobriment és rellevant perquè ha estat el primer cop que s’ha pogut mesurar una propietat mecànica en partícules subatòmiques.

26/06/2018 10:06
R139_CIENCIA_força

Un equip de físics ha descobert que els quarks estan sotmesos a una pressió 10 vegades superior a la pressió que hi ha en el cor d’una estrella de neutrons / Jefferson Lab

El model estàndard de la física, és a dir, el marc teòric que fan servir els científics per explicar el comportament de la matèria, diu que existeixen quatre forces o interaccions fonamentals: la força nuclear forta, la força electromagnètica, la força nuclear feble i la força gravitatòria. La força nuclear forta és, com el seu nom indica, la més potent, ja que és capaç de mantenir units protons i neutrons, que es troben en el nucli dels àtoms. Però aquesta força té una peculiaritat: el seu rang d’acció és molt petit i en escales més grans és superada per les altres interaccions.

Els investigadors expliquen que han descobert una pressió extremadament alta dirigida cap a l’exterior des del centre del protó, i una de molt inferior, prop de la perifèria del protó,  més extensa i dirigida cap a dins; calculen que estan sotmesos a una pressió de 1035 pascals. En comparació, una atmosfera de pressió equival a 101.325 pascals, és a dir, prop de 105 pascals.

Els investigadors han pogut comprovar que els quarks que formen els protons estan subjectes a pressions 10 vegades superiors a les de l’interior d’una estrella de neutrons, que són objectes d’un diàmetre d’uns 20 quilòmetres i amb una massa 1,5 o 2 vegades superior a la del Sol. Per fer aquest descobriment, han combinat simulacions per ordinador, models teòrics i resultats obtinguts a partir de l’accelerador de partícules Continuous Electron Beam Accelerator Facility, del Jefferson Lab, capaç de produir feixos d’electrons. Els físics van dirigir aquests electrons cap al nucli dels àtoms, de manera que les interaccions electromagnètiques amb els quarks, que alliberen fotons, van permetre obtenir informació sobre l’interior dels protons.

Cal tenir en compte que un protó té un radi proper a la deu milionèsima part d’un nanòmetre (8,4 × 10-16 metres), per tant és extremadament petit. Amb aquests resultats, creuen que es podrà fer servir aquesta tècnica i la teoria que s’han utilitzat per refinar la precisió dels resultats i per esbrinar altres propietats del protó.

 

V. D. Burkert et al., The pressure distribution inside the proton,
Nature, 557, 396-399(2018). DOI: 10.1038/s41586-018-0060-z