Os prótons provavelmente não são tão grandes quanto imaginávamos, de acordo com os resultados de um experimento físico sensível que levou oito anos para ser concluído.

Agora, os cientistas dizem que nossas medições anteriores do tamanho do próton caíram em até 5% – o que pode não parecer uma correção tão grande, mas para os físicos o quebra-cabeça do incrível próton encolhedor está implorando por uma solução há anos.

De fato, o problema tem incomodado os cientistas desde que uma nova maneira de medir a partícula lança dúvidas sobre descobertas anteriores. O último número, conforme determinado por uma equipe de pesquisadores no Canadá, coloca o raio do próton em cerca de 0,833 femtômetros; um smidgeon dos 0,842 femtômetros calculados por um marco 2010 experimento.

Apresentar o resultado também não foi uma tarefa fácil, misturando métodos de várias experiências para determinar de uma vez por todas o que provavelmente está certo.

"O nível de precisão necessário para determinar o tamanho do próton tornou essa a medida mais difícil que nosso laboratório já tentou", diz Eric Hessels, físico da Universidade de York.

Ao contrário dos modelos convenientes de átomos em nossos livros, os prótons não são como pequenas esferas lisas. Na falta de uma superfície distinta, o próton é uma nuvem definida por um limiar em sua carga positiva.

Para distanciar a extensão desse limite, você pode usar um dos dois métodos.

Uma é disparar partículas carregadas negativamente nos núcleos dos átomos de hidrogênio e acompanhar como elas ricocheteiam. Atire elétrons suficientes e você poderá traçar um padrão que indica onde a carga positiva do próton começa a desaparecer.

Esta abordagem foi conduzido numerosas vezes ao longo dos anos, e os números geralmente ficam em torno da marca de 0,88-femtômetro.

O método número dois é um pouco menos agressivo, baseando-se na detecção de alterações nos níveis de energia de um elétron, uma vez que orbita um próton.

Em termos mais técnicos, as medições são baseadas na estranheza da mecânica quântica, o que sugere que as partículas nem sempre têm uma posição clara. Isso significa que os elétrons ocasionalmente se encontram no coração morto de um próton, puxados igualmente por todos os lados.

As diferenças nos estados de energia de um elétron excitado, que ocasionalmente se encontra dentro de um próton, foram quantificadas pela primeira vez há 70 anos pelo ganhador do Nobel Wallis Lamb, e o método continua sendo uma maneira útil de estimar o raio do próton até hoje.

A maioria das medições baseadas na chamada Mudança de Cordeiro concordou mais ou menos entre si; portanto, em 2014, o Comitê de Dados de Ciência e Tecnologia estabeleceu uma distância oficial de 0.875 femtometres.

'Most' não significa 'all', no entanto. Esse experimento desagradável de 2010 não chegou nem perto desse número e permaneceu uma mosca na pomada desde então.

Ao trocar um elétron por seu parente pesado, o múon, a partícula carregada negativamente na órbita do hidrogênio passaria mais tempo mergulhando dentro de seu próton, adicionando precisão às medições de seu raio.

A mudança de cordeiro dessa forma exótica de hidrogênio no experimento de 2010 sugeriu que o raio do próton era 4% menor que o número oficial.

Infelizmente, a sensibilidade do método foi grande demais para ser descartada imediatamente. Desde então, experimentos repetidos o uso de múons apresentou números semelhantes.

Nesse cenário, Hessels e sua equipe realizaram o método clássico de mudança de marchas mais uma vez retornando ao elétron tradicional. Só que, desta vez, eles fizeram uso de uma técnica relativamente nova chamada FOSOF – abreviação de campos oscilatórios separados por desvio de frequência.

Essa abordagem permitiu que eles realizassem o experimento com a precisão extraordinária do método do múon, apenas sem o múon.

O resultado deles é um toque menor que o de 2010, mas ainda está de acordo o suficiente para sugerir que estamos em alguma coisa.

"Após oito anos de trabalho nesse experimento, temos o prazer de registrar uma medição de alta precisão que ajuda a resolver o esquivo enigma do raio de prótons" diz Hessels.

Por acaso, o resultado significa que provavelmente não há nova física por trás da discrepância, portanto devemos excluir os desafios do modelo padrão.

Mas isso significa que em breve poderemos concordar com a amplitude de um próton.

Dois anos atrás, a massa do próton também exigia um pequeno ajuste. A menos que os experimentos pendentes que continuam cutucando as bordas do próton continuem gerando surpresas, parece que a cintura do próton não é mais o que costumava ser.

Esta pesquisa foi publicada em Ciência.

Esta matéria foi traduzida e republicada. Clique aqui para acessar o site original.