Dos experimentos precisos han coincidido en un radio protónico de aproximadamente 0,84 femtómetros, alineándose con una sorprendente medición de 2010 y resolviendo un enigma de larga data en la física de partículas. Los investigadores utilizaron láseres para estudiar las transiciones de electrones en átomos de hidrógeno. Los hallazgos, publicados en Nature y Physical Review Letters, refuerzan la confianza en el tamaño más pequeño del protón.
Hace más de 15 años, un experimento realizado en 2010 con un átomo de hidrógeno exótico reveló que el protón podría ser un 4 por ciento más pequeño de lo que se pensaba anteriormente, lo que desencadenó el 'enigma del radio del protón'. Un estudio de 2019 apoyó aún más este tamaño reducido. Ahora, experimentos complementarios dirigidos por Dylan Yost en la Universidad Estatal de Colorado y Lothar Maisenbacher en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Alemania han confirmado el radio en aproximadamente 0,84 femtómetros, o menos de una milmillonésima parte de un metro. Ambos equipos igualaron el resultado de 2010 utilizando láseres para medir transiciones de energía electrónica previamente no exploradas en átomos de hidrógeno, los cuales contienen un protón y un electrón cuya interacción revela el tamaño del protón. Las fuerzas electromagnéticas entre las partículas influyen en los estados energéticos, lo que permite una determinación precisa del tamaño a pesar de desafíos como el mantenimiento de vacíos perfectos y la calibración de láseres a lo largo de años de análisis de datos. 'Cuando miras esos datos, ¿cuánto dinero estarías dispuesto a apostar a que el radio del protón es el que es? Personalmente, en este momento, con estas mediciones, las probabilidades de apuesta aumentan significativamente', dijo Yost. Maisenbacher añadió: 'Ahora es muy, muy improbable que este enigma del radio del protón persista'. Juan Rojo, de la Universidad Vrije de Ámsterdam, destacó el valor de diversos métodos: 'El radio del protón debería ser una propiedad universal; debería dar el mismo resultado sin importar cómo se observe'. Estos resultados se alinean con la electrodinámica cuántica con una precisión de 0,5 partes por millón, sin establecer discrepancias para nuevas partículas o fuerzas. Yost resaltó el potencial de los experimentos de hidrógeno sobre mesa para detectar nuevas partículas ligeras que los colisionadores gigantes han pasado por alto.