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Prótons menores geram controvérsia

Experimentos indicam nova dimensão de uma das partículas mais comuns do Universo  

Geoff Brumfiel e revista Nature
Flickr/Argonne National Laboratory
Os três quarks do próton ficam (geralmente) confinados a uma região de 0,87 femtômetros – ou serão 0,84? 
Uma das partículas mais comuns do Universo deixou físicos completamente aturdidos. O próton, um constituinte fundamental do núcleo atômico, parece ser menor do que se pensava. E apesar de três anos de análise e reanálise cuidadosa de vários experimentos, ninguém consegue entender o porquê.

Um experimento publicado em 24 de janeiro, na Science, só faz aprofundar o mistério, conta Ingo Sick, físico da Universidade de Basel, na Suíça. “Muitas pessoas já tentaram, mas ninguém conseguiu elucidar a discrepância”.

Os problemas com próton começaram em 2010, quando um artigo publicado na Nature pareceu mostrar que a partícula era 4% menor do que se pensava. Pesquisadores tomaram como modelo o hidrogênio, um átomo que consiste de um próton e um elétron. Quando o bombardeavam com múons – primos mais pesados dos elétrons – num acelerador de partículas, um deles ocasionalmente substituía um elétron. A análise do hidrogênio muônico com um laser produziu uma medida de alta-precisão do tamanho do próton. O problema é que a medida diferia daquelas obtidas por outros dois métodos em 4%, ou 0,03 femtômetros (fm). Essa é uma pequena diferença – 1fm é 0,000000000001 milímetro – mas ainda é significativamente maior que as margens de erro de qualquer uma das outras medidas.

O último experimento também usou hidrogênio muônico, mas analisou um conjunto diferente de níveis de energia no átomo. O resultado foi igual ao do artigo da Nature – um raio de 0,84fm, declara Aldo Antognini, físico do Instituto Federal Suíço de Tecnologia, em Zurique,  e autor dos dois artigos sobre hidrogênio muônico. A segunda medida “é totalmente compatível com o valor anterior”, conta ele.

O resultado não é compatível, porém, com as medidas tomadas por técnicas não-muônica, observa John Arrington, físico nuclear do Laboratório Nacional Argonne, em Lemont, Illinois. De acordo com o pesquisador, é improvável que haja erros nas medidas do raio do próton baseadas em múons, mas também parece improvável que todas as outras medidas estejam erradas. 

Problema intrigante

Uma das possibilidades é que a equipe de Antongnini tenha, sem querer, descoberto uma nova física. Eles são os únicos a usar múons para analisar o próton – todos os outros usaram elétrons, e há pouca possibilidade de que múons interajam com prótons, diferentemente de elétrons. O efeito teria que ser pequeno, ou ele também apareceria em outros locais, como o Grande Colisor de Hádrons, o grande acelerador de partículas perto de Genebra, na Suíça.

Tanto Arrington quanto Sick têm suas dúvidas. “Eu acredito muito em nossa compreensão da física”, declara Arrington. Dado o poder das teorias em existência, observa Sick, a ideia de diferenças fundamentais entre múons e elétrons é “meio difícil de imaginar”.

Mas igualmente difícil de imaginar é o que pode ter dado errado. Experimentalistas voltaram a analisar seus dados. Teóricos remoeram suas equações. Poderia haver um problema com os modelos usados para estimar o tamanho do próton a partir das medidas, mas nenhum foi identificado até agora. “Muitas das ideias sugeridas foram analisadas em detalhes”, observa Sick. “Ninguém chegou a um resultado claro”. 

Este artigo foi reproduzido com permissão da revista Nature. O artigo foi publicado pela primeira vez em 24 de janeiro de 2013. 
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