Investigadores de todo el mundo han estado trabajando durante décadas para desentrañar los misterios del mundo subatómico. Uno de los interrogantes más complejos ha sido el origen del momento angular intrínseco del protón, conocido como su spin. Se sospecha que este fenómeno proviene de los componentes del protón: los quarks, que están unidos por gluones que llevan la fuerza fuerte. Sin embargo, los detalles sobre cómo estos quarks y gluones contribuyen al spin del protón han permanecido elusivos.
Un nuevo estudio realizado por una colaboración internacional de físicos ofrece evidencia sólida que ayuda a esclarecer cuánto del spin del protón proviene de sus gluones. El artículo titulado «New Data-Driven Constraints on the Sign of Gluon Polarization in the Proton» ha sido publicado en la revista Physical Review Letters y es obra de la colaboración Jefferson Lab Angular Momentum (JAM), que reúne a teóricos, experimentales y científicos informáticos para investigar la estructura interna de las partículas subatómicas a través de la cromodinámica cuántica (QCD).
El spin intrínseco del protón
Cuando se habla del spin de un protón, se refiere a su momento angular intrínseco, un concepto que pertenece al ámbito de la mecánica cuántica. Este momento angular se manifiesta incluso cuando la partícula está en reposo y puede ser positivo o negativo, similar a las direcciones de rotación (horario y antihorario). Según los investigadores, el valor del spin del protón ha sido conocido desde la década de 1920, pero aún se desconoce qué proporción de este valor se debe a los quarks y qué parte a los gluones.
Determinar el signo de Δg, es decir, si el spin de los gluones es negativo o positivo, es crucial para entender cómo el protón adquiere su spin. Durante años, la comunidad científica ha debatido esta cuestión, y aunque se tendía a pensar que un Δg positivo era más probable, las soluciones negativas habían persistido en el debate.
La colaboración JAM se ha basado en trabajos analíticos previos y en datos experimentales recientes de diversos experimentos, incluyendo aquellos realizados en el Centro de Aceleración de Electrones Continuos (CEBAF) de Jefferson Lab y en el Colisionador Relativista de Iones Pesados (RHIC) en el Laboratorio Nacional Brookhaven. A diferencia de otros estudios, la JAM se propuso eliminar las suposiciones teóricas sobre el comportamiento de las partículas, lo que ha permitido un análisis más riguroso.
Uno de los hallazgos más significativos de esta investigación es que, mediante el uso de datos de dispersión inelástica profunda, los investigadores han podido establecer diferencias estadísticamente significativas entre los modelos de Δg positivo y negativo. Los resultados sugieren que las soluciones negativas son ahora menos probables que nunca, aunque no se descarta completamente la posibilidad de su existencia.
La inclusión de datos de experimentos de dispersión profunda ha sido fundamental. Al bombardear un protón con electrones, los físicos pueden explorar la estructura interna del protón y obtener una mejor comprensión de sus componentes. El análisis reciente de los datos de alta energía ha llevado a la conclusión de que un Δg negativo es considerablemente desalentado, lo que representa un avance significativo en la física nuclear.
Si bien los resultados no son del todo definitivos, marcan un camino hacia una comprensión más clara del spin del protón. La investigación futura, que incluirá datos de nuevos experimentos como el programa de investigación CEBAF de 12 GeV y el futuro Colisionador Electrón-Ión, podría permitir cerrar aún más las puertas a las teorías que sugieren un Δg negativo.
