La carga débil del protón

Un nuevo trabajo logra determinar con enorme precisión la intensidad con que el protón experimenta la interacción débil. El resultado pone a prueba el modelo estándar de la física de partículas.

Test de precisión: Recreación artística del bombardeo de un protón (centro) con un haz de electrones (líneas) levógiros o dextrógiros. Gracias a este diseño experimental, un trabajo reciente ha logrado medir la carga del protón con respecto a la única interacción fundamental que viola la simetría de paridad. [© GREMLIN/ISTOCKPHOTO]

Las partículas subatómicas interaccionan mediante cuatro fuerzas fundamentales. Solo dos de ellas tienen efectos a escalas macroscópicas: la gravedad, que nos mantiene pegados a la Tierra, y el electromagnetismo, que causa los rayos en los días de tormenta. Las dos restantes, las fuerzas nucleares débil y fuerte, no nos afectan de manera directa.

Sabemos también que la masa se encuentra en el origen de la interacción gravitatoria y que las cargas eléctricas y los momentos magnéticos son clave en el electromagnetismo. Sin embargo, las propiedades que determinan las intensidades de las interacciones débil y fuerte, conocidas respectivamente como carga débil y carga de color, nos resultan menos familiares.

En un artículo publicado hace poco en Nature, la colaboración Qweak, del Centro Nacional de Aceleradores Thomas Jefferson, en EE.UU., ha descrito la primera medida de precisión de la carga débil del protón. El resultado establece fuertes restricciones sobre qué tipo de física no puede describirse con las teorías actuales.


Electrones frente a un espejo

La interacción fuerte es tan intensa que las partículas que la experimentan (los quarks y los gluones) se ligan entre sí y solo existen en el interior de objetos compuestos, como los protones y los neutrones. Por su parte, la interacción débil es tan endeble que sus efectos quedan enmascarados casi por completo por los del electromagnetismo. Podemos entonces preguntarnos cómo es posible medir la carga débil, si es tan diminuta como su nombre implica. Por fortuna, la naturaleza nos brinda una herramienta para hacerlo: un principio físico llamado «simetría de paridad».

Decimos que un proceso conserva la simetría de paridad si tiene la misma probabilidad de ocurrir que el proceso que obtendríamos al reflejar su imagen en un espejo. Resulta sencillo ver que esta simetría está rota en el mundo macroscópico; en particular, en los sistemas biológicos. Por ejemplo, la mayoría de los humanos son diestros. Si la simetría de paridad estuviese conservada para la lateralidad humana, la mitad de la población sería diestra y la otra mitad, zurda.

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