Un nuevo cálculo clarifica la complicada relación entre protones y neutrones
en el núcleo atómico, y ofrece una fascinante resolución
de la famosa Anomalía NuTeV.
El cálculo, publicado en la journal Physical Review Letters de 26 de junio,
se llevó a cabo por una colaboración de investigadores del Department of Energy's Thomas Jefferson National Accelerator Facility, la Tokai University
y la University of Washington.
Surgió de los esfuerzos por dar sentido a la complejidad del entorno
que se encuentran en el núcleo del átomo.
El cálculo se inició con el efecto EMC, famoso en el mundo de la física nuclear, que puso de manifiesto que las estructuras de los protones y neutrones en un núcleo son diferentes de los que se encuentran fuera de un núcleo.
"Yo estaba en el CERN, cuando se descubrió el efecto EMC
hace más de 20 años",
comentaba Anthony Thomas Jefferson, jefe del Laboratorio Científico
y un autor del documento.
"Es una pieza fundamental de información sobre la estructura
de los núcleos que quería entender".
Thomas y sus colegas, Ian Cloet, ganador del premio JSA Thesis, en 2008,
y Wolfgang Bentz, investigador visitante del Laboratorio Jefferson,
tenía la teoría de que las estructuras internas de los protones
y los neutrones se modifica por la presencia de otros protones
y neutrones en el interior del núcleo.
Mientras tanto, otro histórico resultado, la anomalía NuTeV,
se vió por Thomas y sus colegas en relación con otro rompecabezas del núcleo. Los experimentadores del Fermilab NuTeV (los neutrinos en el Tevatron), enviaron un haz de neutrinos en un objetivo de acero y midieron la relación
de los dos tipos de partículas subatómicas, neutrinos y muones, que surgieron.
Encontraron que se producían alrededor del uno por ciento menos de colisiones de neutrinos de lo previsto por el Modelo Estándar.
"Muchas personas estaban convencidas de que habían descubierto pruebas
de una física es estaba más allá del Modelo Estándar", señaló Thomas.
Él y sus colegas estudiaron la información experimental
y comenzaron a aplicarle sus teorías EMC.
Encontraron que una suposición común que se utilizó en el análisis de los datos implicados NuTeV, corregían un desequilibrio natural en el número de protones
y neutrones en el núcleo de hierro, el elemento más común
del objetivo de acero del NuTeV.
"La corrección realizada de neutrones extra, implicaba una sustracción de dichos neutrones adicionales de la estructura", explicó Cloet;
"sin embargo, según nuestro modelo teórico del efecto EMC, los neutrones extra generan una fuerza que sutilmente cambia la estructura de todos los protones y neutrones en el núcleo".
Los teóricos fueron más allá,
a combinación de este recién descubierto efecto,
junto con otra corrección de la diferencia de masas de los distintos quarks
en los diferentes protones y neutrones
(violación de la carga de simetría).
Cuando aplicaron las dos correcciones en el análisis NuTeV,
se dieron cuenta de que el experimento mostró un excelente ajuste
con el Modelo Estándar.
En consecuencia, el resultado NuTeV puede ahora interpretarse
como una prueba crucial para la idea de que la estructura de un protón
o de un neutrón se modifica cuando está sujeto al núcleo.
"Ahora, el siguiente paso es llevar a cabo un experimento para probar
esta explicación directamente", señaló Thomas.
"Se pueden hacer las medidas que prueben
de forma directa si está en lo correcto o no".
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