La simetría es una característica presente en gran parte de la naturaleza, ya sea en los organismos vivos hasta en las galaxias. Por lo que, no sería descabellado pensar que la misma característica se extiende a los protones, partículas cargadas positivamente. Sin embargo, un equipo de investigadores ha confirmado una asimetría en la composición del protón.

El estudio, cuyo autor principal es J. Dove de la Universidad de Illinois, fue publicado en Nature.

Asimetría

Sabemos que los átomos están compuestos de protones, neutrones y electrones. Los dos primeros, a su vez, están compuestos por partículas más pequeñas con su propia carga llamados quarks up y quarks down. Estos se mantienen unidos por una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza: la fuerza fuerte.

Los protones y neutrones se caracterizan por estar compuestos de tres quarks, pero la fuerza fuerte produce muchos pares de quarks materia-antimateria de corta duración. Esto significa que los quarks up y quarks down en neutrones y protones tienen quarks de antimateria correspondiente, llamados quarks anti-up y quarks anti-down. 

Anteriormente, se creía que en los protones los quarks anti-up y los anti-down estaban equilibrados. No obstante, el nuevo estudio muestra que hay más del segundo que del primero. 

“El hecho de haber más quarks anti-down en el protón que quarks anti-up continúa hasta donde pudimos medir, y eso es interesante porque, según todos los modelos existentes del protón, no hay una razón real para que la asimetría esté ahí”, dijo Paul Reimer, portavoz del estudio y físico experimental en el Laboratorio Nacional Argonne.

Según modelos anteriores, a la fuerza fuerte no debería importarle si está produciendo un par de quark up y quark anti-up, o un par de quark down y quark anti-down, pero debería producirlos en cantidades iguales, menciona Reimer.

¿A qué se debe esta asimetría?

Aún no se tienen respuestas claras para la razón de esta asimetría. Se cree que la explicación podría residir en un modelo antiguo llamado “nube de piones”. Este enfoque enfatiza la tendencia del protón a emitir y reabsorber partículas llamadas piones. 

Las pistas sobre la naturaleza de los quarks en el protón conducirán a una mejor comprensión del núcleo atómico. Eso podrá desmitificar las propiedades del átomo y la reacción de los diferentes elementos químicos entre sí. 

«Estamos tratando de comprender la estructura del protón», dijo Lorenzon. «Hemos estado estudiando el protón durante más de 100 años y sigue siendo un rompecabezas».