La masa del protón

¿ De donde viene la masa del protón?

Al 95 % de la energía de los quarks y de los gluones, responden los físicos del Centro de física teórica de Marsella. Llevados a partir del modelo estándar que describe las interacciones entre partículas elementales, sus cálculos prueban que la masa del protón principalmente resulta de la energía llevada por estos "elementos" con todo lo pequeños que son los quarks y los gluones, a través de la fórmula célebre de Einstein E=mc2. Esta proeza confirma la validez de una teoría para describir las interacciones fuertes entre partículas. Publicando en Ciencia el 21 de noviembre de 2008, estos trabajos han sido cumplidos gracias a súper calculadoras entre los más poderosos en el mundo. Permiten contemplar la llegada de una nueva teoría en física fundamental, más allá del modelo actual, con descubrimientos eventuales en el dominio de las interacciones débiles de quarks.

En los núcleos de los átomos, encontramos protones y neutrones. Éstos mismos están constituidos por quarks y por gluones, suertes de pequeñas subestructuras fundamentales. Oro, la masa del gluón es ningún. Y, contrariamente a aquel en lo que se podría pensar, la masa de los quarks que componen un protón representa sólo el 5 % de la masa de este último.

¿ De donde provienen pues el 95 % restantes?

Un equipo de físicos franceses, alemanes y húngaros acaba de probar que este 95 % resultan de la energía debida a los movimientos de los quarks y de los gluones, y a sus interacciones. Una masa nacida de una energía, es el resultado un poco desconcertante, sin embargo traduce por la fórmula célebre de Einstein E=mc2 que enuncia la equivalencia entre masa y energía. Hasta aquí hipótesis, este resultado por primera vez ha corroborado. Los investigadores, pilotados a Francia por Lorenzo Lellouch, director de búsqueda CNRS en el centro de física teórica, se apoyaron sobre más de veinte años de búsquedas efectuadas por físicos del mundo entero.

Por lo tanto ecuaciones del cromó dinámica cuántico, es decir la teoría que describe las interacciones fuertes, llegaron a calcular la masa de los protones, los neutrones y otras partículas del mismo tipo.

El resultado, las masas obtenidas por el cálculo están en acuerdo excelente con las medidas experimentalmente.

Los investigadores confirman así que el modelo estándar es correcto para describir el origen de la masa de estas partículas y pues la de más de 99% del universo visible, comprendiendo el Sol, la Tierra, a mismo y todos objetos que nos rodean.

Para alcanzar sus fines, los investigadores utilizaron un aproximación donde el espacio tiempo es contemplado como una red cristalina a cuatro dimensiones, constado por sitios espaciadas a lo largo de hileras y a lo largo de columnas.

Su principal desafío era llegar a una solución que corresponda a nuestro espacio tiempo continuo, controlando todas las fuentes de incertidumbres atadas a los cálculos sobre red.

Sobre el plano práctico, este trabajo marca la llegada a madurez de métodos numéricos pertinentes para el estudio de las interacciones fuertes.

Debería desempeñar un papel fundamental en la nueva era de la física, que se abre con Large Hadrón Collider (LHC).

En efecto, controlar el modelo de las interacciones fuertes podría permitir poner en evidencia nuevos efectos atados a las interacciones débiles de quarks que son enmascarados por las interacciones fuertes.

Este cálculo se revela uno de los cálculos más importantes y numéricos efectuados este día.

Una realización verdadera que requirió los recursos de las súper calculadoras Blue Gene del Instituto del desarrollo y de los recursos en informática científica (IDRIS) del CNRS y del Forschungszentrum Jülich, pero igual las granjas de cálculo de la Universidad de Wuppertal y del Centro de física teórica de Marsella.

Imagen : Los núcleos de los átomos están compuestos de protones y neutrones. Alrededor de estos núcleos, giran electrones. Estos tres componentes (protones, neutrones y electrones) son prácticamente toda la materia. Mientras que el electrón es considerado como una partícula que "no existe", el protón, formado de quarks, esta un objeto "estira".

nota : El valor del radio de protones utilizado por los físicos era 0.877 Femtómetro (un Femtómetro = 10-¹⁵ metro).