Una nueva medición acentúa el enigma de la dispersión de electrones
¿Por qué el plomo se comporta de forma tan diferente a cualquier otro núcleo atómico cuando es golpeado por electrones? Un equipo de físicos de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia (JGU) ha dado un paso importante para responder a esta pregunta, descubriendo que el misterio es aún más profundo de lo que se pensaba.
Los nuevos resultados obtenidos con los espectrómetros A1 del acelerador AMMI revelan un comportamiento inesperado en los núcleos pesados y abren una vía hacia las pruebas de precisión en la futura instalación MESA
¿Por qué el plomo se comporta de forma tan diferente a cualquier otro núcleo atómico cuando es golpeado por electrones? Un equipo de físicos de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia (JGU) ha dado un paso importante para responder a esta pregunta, descubriendo que el misterio es aún más profundo de lo que se pensaba. Los resultados se publican en la prestigiosa revista científica Physical Review Letters.
Los electrones suelen dispersarse desde los núcleos atómicos de formas que pueden predecirse con notable exactitud. Una de las características más probadas es que la inversión del espín de los electrones entrantes debería cambiar ligeramente el patrón de dispersión, un efecto impulsado por el intercambio de dos "fotones virtuales" entre el electrón y el núcleo. Para la mayoría de los núcleos, la teoría predice exactamente la magnitud de este pequeño efecto, y décadas de experimentos han confirmado estas predicciones. Sin embargo, el plomo siempre ha destacado. Mediciones anteriores realizadas en la Instalación Nacional de Aceleración Thomas Jefferson del Departamento de Energía de EE.UU. mostraron que, en el caso del plomo, este efecto dependiente del espín parecía desaparecer por completo, un resultado que ninguna teoría existente podía explicar.
El experimento en el Microtrón de Maguncia
En un nuevo experimento realizado con los espectrómetros A1 de alta resolución del Microtrón de Maguncia (MAMI), el equipo de la JGU midió el mismo proceso con una energía del haz y un ángulo de dispersión diferentes. Esta vez, el efecto estaba claramente presente y era sorprendentemente grande. En lugar de resolver la anomalía anterior, la nueva medición la intensifica: el comportamiento del núcleo de plomo cambia drásticamente con la energía de una forma que la teoría actual no capta.
"Este resultado confirma que el enigma es real", afirma la profesora Concettina Sfienti, que dirige el proyecto. "Significa que hay una física inexplorada en cómo los electrones sondean los núcleos pesados, y necesitamos nuevas ideas teóricas para entenderlo".
El trabajo se llevó a cabo en el Centro de Investigación en Colaboración (CRC) 1660 "Hadrones y núcleos como herramientas de descubrimiento", financiado por la Fundación Alemana de Investigación (DFG). Una de las misiones principales del CRC 1660 es utilizar experimentos de precisión para descubrir efectos sutiles en la estructura nuclear que podrían abrir nuevas ventanas al Modelo Estándar de la física de partículas. El inesperado comportamiento del plomo se perfila ahora como uno de los casos más intrigantes del CRC, un ejemplo sorprendente de cómo las mediciones de alta precisión pueden revelar lagunas incluso en una teoría bien establecida.
Importantes implicaciones para futuros experimentos en MESA
Los resultados también tienen importantes implicaciones para el futuro experimento P2 en el nuevo acelerador MESA, que se está construyendo en el campus de Maguncia como parte del clúster de excelencia PRISMA++. En MESA, los investigadores medirán efectos extremadamente pequeños en la dispersión de electrones para poner a prueba el Modelo Estándar con una precisión sin precedentes. Comprender el papel del intercambio de dos fotones en los núcleos pesados -como el sorprendente comportamiento observado ahora en el plomo- es esencial para alcanzar la precisión necesaria en P2. "Con este nuevo resultado de AMMI, tenemos una idea mucho más clara de lo que hay que entender antes de pasar al siguiente nivel de precisión en MESA", explica Sfienti. "Lo que medimos hoy configura directamente la hoja de ruta para la física de alta precisión del mañana".
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