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  • Septiembre 2015Nº 468
Panorama

Física nuclear

Una diferencia de masas trascendental

La diferencia entre la masa del neutrón y la del protón ha sido calculada a partir de primeros principios. El hito promete un progreso revolucionario en física nuclear.

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La física nuclear y numerosos aspectos del mundo tal y como lo conocemos dependen de forma crítica de la minúscula diferencia entre la masa del neutrón y la del protón. Con un valor relativo del 0,14 por ciento, este número tendría que poder derivarse a partir de la teoría de las interacciones fuertes (la cromodinámica cuántica, o QCD, por sus siglas en inglés) y electromagnéticas (la electrodinámica cuántica, o QED). Sin embargo, los cálculos asociados revisten tal complejidad que, durante largo tiempo, han quedado fuera del alcance de la comunidad científica. En un trabajo cuyos resultados aparecieron publicados el pasado mes de marzo en Science, Szabolcs Borsanyi, de la Universidad de Wuppertal, y otros investigadores han logrado un enorme avance al respecto.

En términos relativos, la masa del neutrón es apenas mayor que la del protón. En las unidades empleadas habitualmente en física de partículas, las masas del neutrón, el protón y el electrón ascienden, respectivamente, a 939,56563, 938,27231 y 0,51099906 megaelectronvoltios (MeV). La diferencia entre la masa de los dos nucleones equivale a 2,53 veces la masa del electrón. Si fuese menor que la masa del electrón, los átomos de hidrógeno serían inestables: se desintegrarían en neutrones y neutrinos mediante un proceso conocido como desintegración beta inversa. Una diferencia ligeramente mayor que la masa del electrón también resultaría catastrófica; en tal caso, poco después de la gran explosión que dio origen al universo, el helio se habría sintetizado de manera mucho más eficiente, lo que habría dejado un cosmos pobre en hidrógeno, el principal combustible de las estrellas como el Sol. Por otro lado, si el neutrón fuese considerablemente más masivo que el protón, la síntesis de elementos más pesados habría resultado difícil o incluso imposible.

Según nuestro entendimiento actual, la diferencia entre las masas del neutrón y el protón no constituye ninguna constante fundamental de la naturaleza. Debería poder derivarse a partir de otros parámetros más básicos mediante las leyes de la QCD y la QED. La formulación de ambas teorías se encuentra libre de ambigüedades, y sus predicciones han sido verificadas con gran rigor en un sinfín de ocasiones. Ello permite identificar con claridad los principales factores que contribuyen a explicar el pequeño número que nos ocupa. Son dos: la interacción electromagnética y la diferencia de masas de entre los quarks, las partículas elementales que conforman los hadrones.

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