Uno de los elementos más simples de la naturaleza les hace pasar un mal rato a los científicos. Una nueva investigación muestra que los protones y neutrones en los átomos de helio no se comportan como lo predice la teoría. Esta divergencia podría revelar una física (Física (del griego φυσις, naturaleza) es etimológicamente…) más allá del Modelo Estándar, el modelo dominante que describe las partículas subatómicas.
Los científicos no logran comprender por qué las fuerzas dentro del núcleo del átomo de helio continúan desafiando la teoría (la palabra teoría proviene de la palabra griega theorein, que significa «contemplar, observar,…) después de décadas de experimentos.
Un estudio publicado en abril en la revista Physical Review Letters muestra una inconsistencia entre la teoría y el experimento. Los investigadores sometieron un contenedor de átomos de helio a un haz de electrones, induciendo un estado excitado temporal del núcleo de helio. Descubrieron que la reacción de protones y neutrones divergía significativamente de las predicciones teóricas, lo que confirma las conclusiones extraídas de experimentos anteriores.
El núcleo de helio está formado por dos protones y dos neutrones. Resolver esta discrepancia podría ayudarnos a comprender otros fenómenos exóticos, como la fusión que tiene lugar en el núcleo de las estrellas de neutrones.
La primera discrepancia entre teoría y experimentación apareció en 2013. Sonia Bacca lideró los cálculos sobre el núcleo de helio. Ella y sus colegas encontraron resultados que diferían mucho de los datos experimentales. Sin embargo, los datos experimentales utilizados para la comparación se remontan a la década de 1980 y tenían grandes incertidumbres.
Simon Kegel, autor principal del nuevo estudio, señaló que las instalaciones actuales de su universidad en Mainz, Alemania, son capaces de realizar estas mismas mediciones pero con una precisión muy alta.
El complejo problema de las interacciones nucleares generalmente se simplifica mediante la Teoría del campo efectivo (EFT). Sin embargo, cuando los investigadores utilizaron una versión mejorada de EFT, las predicciones teóricas divergieron aún más de los fenómenos observados.
Para verificar el alcance de esta divergencia, Simon Kegel y su equipo utilizaron el acelerador de electrones MAMI para bombardear un contenedor con átomos de helio. Dos parámetros permitieron mejorar la precisión de las medidas: la densidad de los átomos de helio en el recipiente y la intensidad del haz de electrones de baja energía (En el sentido común, la energía designa todo lo que hace posible realizar un trabajo, haciendo …).
Los resultados no resolvieron el enigma. La llegada en 2024 del acelerador superconductor MESA a Maguncia podría ofrecer una visión más detallada de la frontera de baja energía del Modelo Estándar.