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Los científicos pueden haber resuelto un misterio cuántico de 35 años

Los científicos pueden haber resuelto un misterio cuántico de 35 años

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Los científicos parecen haber descubierto finalmente la respuesta al misterio de hace 35 años de por qué los quarks, los componentes básicos de los protones y neutrones, llamados colectivamente nucleones, parecen disminuir su velocidad cuando se fusionan en un núcleo atómico, según un informe de LiveScience. .

Fuerzas fuertes, quarks y el efecto EMC

Durante 35 años, los científicos han intentado y no han logrado comprender por qué los quarks se ralentizan de forma drástica una vez que entran en un núcleo atómico. La razón por la que esto es especialmente molesto para los científicos es que los quarks del nucleón están unidos por gluones y se rigen por lo que se conoce como la fuerza fuerte, que es aproximadamente 100 veces más poderosa que la fuerza electromagnética que mantiene a los electrones en órbita alrededor del núcleo atómico y une el núcleo atómico en sí.

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Es la fuerza fuerte que gobierna de forma abrumadora el impulso interno de los quarks de un nucleón, por lo que no debería importar a la velocidad de los quarks si forman o no un nucleón libre o un nucleón que forma parte de un núcleo atómico, sin embargo, los científicos han visto que este parece ser el caso.

Es lo que se conoce como el efecto EMC, después de la European Muon Collaboration en el CERN, que lo descubrió por primera vez en 1983, y ha desafiado constantemente los intentos de explicación de los físicos.

Pares correlacionados

CLAS Collaboration, un equipo internacional de científicos, parece haber encontrado la respuesta al misterio de EMC. Su investigación, publicada en la revista Naturaleza este mes, se centró en estudiar algo conocido como "pares correlacionados" de nucleones.

Aunque un nucleón es en realidad solo un sistema de tres quarks ligados en el espacio, estos sistemas generalmente permanecen dentro de su propio bolsillo y no invaden el espacio de otro nucleón. A veces, sin embargo, estos dos bolsillos entrarán en "contacto" y se superpondrán entre sí durante un período de tiempo antes de separarse nuevamente. Cuando esto sucede, se dice que son pares correlacionados de corto alcance (SRC).

Lo que encontraron los investigadores fue que esta superposición puede estar fuertemente ligada al efecto EMC observado. Sus datos parecen mostrar que los quarks de un nucleón no se ralentizan una vez que entran en un núcleo, después de todo, solo los quarks de un par SRC lo hacen.

Cuando un par de nucleones se correlacionan, la cantidad relativamente grande de energía que alimenta las fuerzas fuertes de los dos nucleones comienza a fluir entre el sistema de quarks de cada nucleón, provocando la interrupción de su impulso. Esta alteración parece tan pronunciada que sesga los datos sobre la velocidad de los quarks en el núcleo atómico en general.

Las matemáticas que los investigadores desarrollaron en su investigación muestran que el intercambio de energía entre un SRC neutrón-protón explicaría el efecto EMC observado, según Gerald Feldman, quien escribió un artículo en Naturaleza sobre el estudio publicado pero que no participó en la investigación de CLAS Collaboration.

“CLAS Collaboration ha utilizado datos de dispersión de electrones tomados en Jefferson Lab para establecer una relación entre el tamaño del efecto EMC y el número de pares SRC neutrón-protón en un núcleo dado”, escribe Feldman.

“Una característica clave del trabajo es la extracción de una función matemática que incluye el efecto de los pares SRC en la sección transversal de dispersión y que se demuestra que es independiente del núcleo. Esta universalidad proporciona una sólida confirmación de la correlación entre el efecto EMC y los pares SRC neutrón-protón ".


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