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Ciencia

El protón en transformación

Un estudio muestra cómo una partícula acelerada puede originar otras partículas

Si el protón, una de las partículas del núcleo atómico, permaneciera parado, libre de cualquier fuerza eléctrica o magnética y a cero grado absoluto (-273º Celsius), se mantendría estable. Y podría permanecer así para siempre, de acuerdo con los actuales modelos teóricos. El escenario se vuelve más animado cuando se lo somete a un campo eléctrico, por ejemplo: se acelera y puede llegar a desintegrarse. La explicación de esto, desde el punto de vista del protón -como si un observador estuviera sentado sobre éste-, forma parte de un estudio que cobró relevancia en la edición del 8 de octubre de la Physical Review Letters , firmado por George Matsas, del Instituto de Física Teórica de la Universidad Estadual Paulista (IFT-Unesp), y de su doctorando Daniel Vanzella, actualmente en el Centro de Gravitación y Cosmología de la Universidad de Wisconsin, Estados Unidos.

Al explicar la desintegración o el decaimiento del protón, el estudio de Matsas y Vanzella confirma matemáticamente el llamado efecto Fulling-Davies-Unruh, presentado como hipótesis en 1976: un observador inercial parado en el laboratorio no vería nada si estuviera en el vacío en el cero absoluto, mientras que un observador acelerado vería partículas elementales en movimiento, como si estuviera en un horno de microondas con millones de protones, neutrones, electrones y otras partículas abatiéndose sobre él. Los investigadores se basaron en este efecto para explicar la desintegración del protón desde el punto de vista de un observador acelerado sentado sobre el mismo.

En esas condiciones, éste vería el surgimiento de partículas que sencillamente no existen para los observadores inerciales- otro de los misterios de la mecánica cuántica. A baja temperatura, el protón absorbe un electrón y un antineutrino y forma un neutrón. “A medida en que la aceleración aumenta, el protón siente una temperatura ambiente más elevada y otros procesos de desintegración se tornan más probables”, dice Matsas. El protón puede entonces transformarse en neutrón, esta vez por la captura de un electrón, en un proceso que emite un neutrino, un tipo de partícula aparentemente sin masa. Otra posibilidad es absorber un antineutrino y originar un neutrón y un positrón, una partícula con las mismas características que el electrón, pero con carga eléctrica contraria.

Matsas y Vanzella calcularon el tiempo de desintegración del protón también para observadores parados en el laboratorio que solamente ven el protón en movimiento. Al final, vieron que el tiempo de desintegración coincidía con los resultados obtenidos para observadores en movimiento sobre el protón. “Si este efecto no existiera, no habría cómo explicar la desintegración del protón acelerado desde el punto de vista de un observador sentado sobre el mismo”, dice Matsas. La transformación en neutrón y otras partículas inmensamente menores es rapidísima -demora una décima de segundo. Pero esto solamente puede suceder si el protón es sometido a una aceleración gigantesca, equivalente al número 5 seguido de 34 ceros en centímetros por segundo al cuadrado, algo solo concebible en púlsares, objetos cósmicos altamente energéticos.

“Solamente en condiciones astrofísicas existiría la posibilidad de observar la desintegración del protón”, dice el investigador de la Unesp. En la Tierra, aún no es posible alcanzar tal aceleración, ni siquiera en los mayores aceleradores del mundo, como el del Laboratório Fermi, en EE.UU., o el franco-suizo Large Hadron Collider (LHC), en construcción. Por ahora, el protón continúa siendo una partícula estable. “En la Tierra”, dice Matsas, “el tiempo que el protón necesitaría para desintegrarse sería mucho mayor que la propia edad del universo”.

EL PROYECTO
Espinores en la Teoría de Campos en Espacios Curvos
MODALIDAD
Beca de Posgrado
Coordinador
George Emanuel Avraam Matsas – Instituto de Física Teórica/ Unesp
Inversión
R$ 81.283,69

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