Primera imagen coherente de un núcleo atómico hecho de quarks y gluones

Durante décadas, los científicos han intentado resolver un enigma clave de la física nuclear: ¿cómo se comportan los núcleos atómicos cuando los observamos desde sus componentes más fundamentales, los quarks y gluones?

Por primera vez, se han utilizado quarks y gluones para describir las propiedades de los núcleos atómicos, que hasta ahora habían sido explicadas por la existencia de protones y neutrones. El par temporal de nucleones correlacionados está resaltado en color púrpura. Crédito: IFJ PAN.

Hace casi cien años, se descubrió que los protones y neutrones eran las partículas principales del núcleo atómico. Al principio se pensó que eran indivisibles, pero en la década de 1960 se sugirió que dentro de ellos había quarks, mantenidos unidos por gluones. Aunque la existencia de los quarks fue confirmada, los modelos basados en quarks y gluones no lograban explicar completamente los experimentos nucleares a bajas energías. Ahora, este problema ha sido resuelto gracias a un grupo de físicos, incluidos investigadores de la Academia Polaca de Ciencias.

El Dr. Aleksander Kusina, uno de los científicos involucrados, explica que, hasta el momento, había dos formas de describir los núcleos atómicos: una par a bajas energías, basado en protones y neutrones, y otro par a altas energías, basado en quarks y gluones. En su investigación, lograron unir ambas descripciones, creando un modelo más completo.

Los físicos utilizaron datos de experimentos realizados en el acelerador LHC en Ginebra, lo que les permitió estudiar cómo se distribuyen los quarks y gluones dentro de los protones, neutrones y el núcleo atómico en general. Además, lograron combinar estos datos con información sobre cómo los protones y neutrones interactúan en pares, algo que ya se había observado en experimentos de baja energía. Este enfoque mejoró la precisión de los modelos anteriores y proporcionó una descripción más exacta de los núcleos atómicos.

Este avance no solo resuelve un problema que llevaba décadas sin solución, sino que también abre nuevas oportunidades para entender mejor la estructura del núcleo atómico y sus comportamientos en diferentes condiciones energéticas.

El estudio fue financiado por el Centro Nacional de Ciencias de Polonia y ha sido publicado en Physical Review Letters.

Fuente: IFJ. Edición: MP.