Qual É o Tamanho do Próton?

Físicos estão coçando a cabeça desde julho de 2011, quando uma equipe de pesquisa anunciou que o próton, bloco de construção básico da matéria, é 4% menor que se pensava anteriormente. A descoberta, publicada na Nature, vai de encontro às predições teóricas baseadas na eletrodinâmica quântica (QED, na sigla em inglês), a teoria fundamental da força eletromagnética que passou pelos testes mais severos da física.

Randolf Pohl, do Instituto Max Planck de Óptica Quântica, em Garching, Alemanha, e seus colaboradores, utilizaram um laser para sondar átomos exóticos de hidrogênio produzidos em laboratório nos quais partículas elementares conhecidas como múons orbitam os núcleos de um único próton, substituindo os usuais elétrons. A energia do laser fez com que os átomos exibissem uma fl uorescência em comprimentos de onda característicos de raios X. Essa frequência mostrou uma série de efeitos sutis, incluindo o pouco conhecido fato de que uma partícula em órbita – seja um múon ou um elétron – frequentemente passa direto através do próton. Isso é possível porque os prótons são compostos de partículas elementares menores (geralmente três quarks), e a maior parte do espaço dentro de um próton está vazia.

Ao calcularem os efeitos do raio do próton nessas trajetórias através do núcleo, os pesquisadores puderam estimar o raio do próton como 0,84184 femtômetro (1 femtômetro é 1 quadrilionésimo de 1 metro). Esse número é menor que todas as medidas realizadas anteriormente, que variavam entre 0,8768 e 0,897 femtômetro. De qualquer forma, o próton é muito menor até mesmo que um átomo de hidrogênio. Se o átomo fosse do tamanho de um campo de futebol, o próton teria o tamanho de uma formiga.

Ao lidar com dimensões tão pequenas a possibilidade de erro sempre existe. Entretanto, após 12 anos de esforços meticulosos, os membros da equipe estão seguros de que nenhuma sutileza imprevista arruinou suas medições. Teóricos também conferiram os cálculos envolvidos na interpretação do comportamento dos múons e na previsão do tamanho do próton, que são relativamente simples.

Alguns físicos sugeriram que a interação entre múons e prótons pudesse se complicar devido a inesperados pares de partículas e suas antipartículas que podem aparecer brevemente no vácuo dentro e ao redor do núcleo. Os candidatos mais prováveis são pares de elétrons e antielétrons, que não devem aparecer normalmente na física de átomos, pelo menos não de acordo com a teoria padrão. "Isso pode ser a primeira indicação de que algo está errado com a nossa ideia" de CQD, observa Krzysztof Pachucki, teórico da Universidade de Varsóvia, na Polônia. A teoria pode precisar de algum ajuste, mas provavelmente não de uma revisão completa, acrescenta. Seja como for, físicos ainda terão de coçar muito a cabeça nos próximos anos.

Fonte: Física.net