Físicos nucleares confirmaram que a descrição atual da estrutura de prótons não é fácil. Uma nova medição de precisão da polarizabilidade elétrica do próton realizada no Thomas Jefferson National Accelerator Facility do Departamento de Energia dos EUA revelou um aumento nos dados em sondas da estrutura do próton.

Embora amplamente considerado um acaso quando visto em medições anteriores, essa nova medição mais precisa confirmou a presença da anomalia e levanta questões sobre sua origem. A pesquisa acaba de ser publicada na revista Nature .

De acordo com Ruonan Li, primeiro autor do novo artigo e estudante de pós-graduação da Temple University, as medições da polarizabilidade elétrica do próton revelam o quão suscetível o próton é à deformação, ou alongamento, em um campo elétrico. Assim como o tamanho ou a carga, a polarizabilidade elétrica é uma propriedade fundamental da estrutura do próton.

Além disso, uma determinação precisa da polarizabilidade elétrica do próton pode ajudar a preencher as diferentes descrições do próton. Dependendo de como é sondado, um próton pode aparecer como uma única partícula opaca ou como uma partícula composta feita de três quarks mantidos juntos pela força forte.

"Queremos entender a subestrutura do próton. E podemos imaginá-la como um modelo com os três quarks equilibrados no meio", explicou Li. "Agora, coloque o próton no campo elétrico. Os quarks têm cargas positivas ou negativas. Eles se moverão em direções opostas. Assim, a polarizabilidade elétrica reflete a facilidade com que o próton será distorcido pelo campo elétrico."

Para investigar essa distorção, os físicos nucleares usaram um processo chamado espalhamento virtual de Compton. Ele começa com um feixe cuidadosamente controlado de elétrons energéticos da Instalação do Acelerador de Feixe de Elétrons Contínuos do Jefferson Lab, uma instalação do usuário do DOE Office of Science. Os elétrons são enviados colidindo com prótons.

No espalhamento virtual Compton, os elétrons interagem com outras partículas emitindo um fóton energético, ou partícula de luz. A energia do elétron determina a energia do fóton que ele emite, que também determina como o fóton interage com outras partículas.

Os fótons de energia mais baixa podem ricochetear na superfície do próton, enquanto os fótons mais energéticos explodirão dentro do próton para interagir com um de seus quarks. A teoria prevê que quando essas interações fóton- quark são plotadas em energias mais baixas para mais altas, elas formarão uma curva suave.

Nikos Sparveris, professor associado de física da Temple University e porta-voz do experimento, disse que essa imagem simples não resistiu ao escrutínio. As medições, em vez disso, revelaram um inchaço ainda inexplicável.

"O que vemos é que há algum aprimoramento local na magnitude da polarizabilidade. A polarizabilidade diminui à medida que a energia aumenta conforme o esperado. E, em algum momento, parece estar temporariamente subindo novamente antes de diminuir", ele disse. disse. "Com base em nosso entendimento teórico atual, deve seguir um comportamento muito simples. Vemos algo que se desvia desse comportamento simples. E é esse fato que está nos intrigando no momento."

A teoria prevê que os elétrons mais energéticos estão sondando mais diretamente a força forte, uma vez que une os quarks para formar o próton. Este pico estranho na rigidez que os físicos nucleares agora confirmaram nos quarks do próton sinaliza que uma faceta desconhecida da força forte pode estar em ação.

"Há algo que claramente estamos perdendo neste momento. O próton é o único bloco de construção composto na natureza que é estável. Então, se estamos perdendo algo fundamental lá, isso tem implicações ou consequências para toda a física", disse Sparveris. confirmado.

Os físicos disseram que o próximo passo é desvendar os detalhes dessa anomalia e conduzir sondas de precisão para verificar outros pontos de desvio e fornecer mais informações sobre a fonte da anomalia.

"Queremos medir mais pontos em várias energias para apresentar uma imagem mais clara e ver se há alguma estrutura adicional lá", disse Li.

Sparveris concordou. "Também precisamos medir com precisão a forma desse aprimoramento. A forma é importante para elucidar ainda mais a teoria", disse ele.