¿Un protón contiene antimateria?

Es extremadamente raro encontrar antimateria en el universo, pero sorprendentemente, ¡la misma materia de la que estamos hechos esconde antimateria en su interior!

En algún momento, todos nosotros hemos digerido algunos hechos y ficción de materia-antimateria. Por ejemplo, está el hecho de que estamos hechos de materia; el suelo, las plantas, el Sol, los planetas y todo lo demás que vemos está hecho de materia.

También está el hecho de que la antimateria es exactamente como la materia, pero con cargas opuestas, y su colisión puede liberar una largo cantidad de energía.

También sabemos que la antimateria no se encuentra muy libremente en ninguna parte del universo conocido. De hecho, ¡el 99% del universo visible está hecho de materia! ¡Tenga en cuenta que dije visible porque aún no sabemos de qué está hecha la materia oscura!

Ahora, lo que es menos conocido es que la materia y la antimateria no necesariamente tienen que unirse y destruirse entre sí. ¡Extrañamente, su combinación puede producir materia!

Cuando te das cuenta de que la materia puede meme

Un excelente ejemplo de esto son piones. Los piones son partículas subatómicas formadas por un quark y un antiquark (su antipartícula). ¿Y notaron que dije subatómica?

Sí, estas partículas se encuentran dentro de nuestros átomos, específicamente dentro del núcleo, rebotando entre protones y neutrones como pelotas de ping-pong.

Sin embargo, ¿son los piones las únicas partículas de materia formadas por antimateria? ¿Qué pasa con los neutrones y protones, que son responsables de la mayor parte de la materia visible en el universo?

Para eso, ¡podríamos tener que prepararnos y sumergirnos en el Mar de Protones para averiguarlo!

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¿Qué es el mar de protones?

En la escuela secundaria, nos dijeron que un protón es una esfera minúscula con una carga eléctrica positiva. Cuando nos graduamos a clases superiores, se nos dice que el protón en realidad está formado por tres partículas más pequeñas, llamadas quarks, con cargas eléctricas fraccionarias que suman un total de una carga positiva.

Eso no significa que lo que nos dijeron en la escuela secundaria fuera incorrecto, simplemente incompleto.

De la misma manera, la imagen de tres partículas de los protones es incompleta.

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Imagen de tres quarks de un protón (Crédito de la foto: Mahir KART/Shutterstock)

El hecho es que los protones son algunas de las partículas más complicadas y complejas que hemos tratado de comprender.

En realidad, un protón está hecho de un largo cantidad de partículas llamadas quarks y gluones, no solo tres quarks como nos enseñaron. De hecho, podemos encontrar todos los tipos de quarks dentro de un protón.

Pero primero, déjame presentarte estas partículas. Hay seis tipos de quarks, también conocidos como sabores de quarks. Cada uno de ellos tiene una carga eléctrica fraccionaria y todos se encuentran dentro de un protón.

Sabores de quarks y sus cargas eléctricas

Sabores de quarks y sus cargas eléctricas

En cuanto a los gluones, básicamente mantienen a los quarks “pegados” entre sí, al mismo tiempo que actúan como mensajeros entre ellos.

Pero ahí no es donde termina el trabajo de un gluón.

Un gluón es una de las partículas elementales más extrañas que jamás conocerás. Por ejemplo, considere el hecho de que un gluón no solo ayuda a un quark a interactuar con otro quark, ¡sino que también puede interactuar con otros gluones! No solo eso, sino que un gluón puede cambiar fácilmente de forma a un par de quarks-antiquarks y luego volver a cambiar. Dada su tendencia a multiplicarse, ¡hay todo un mar de quarks-antiquarks entrando y saliendo de la existencia dentro de un protón! ¡Sin duda debería llamarse Mar de Protones!

El mar de protones

El mar de protones

Entonces… ¿por qué se les da más importancia a los tres quarks?

La respuesta es bastante simple: todos los otros quarks vienen en pares con sus contrapartes antiquark. Básicamente, sus cargos se anulan. Estos otros quarks y sus antiquarks se llaman quarks de mar. Los quarks restantes (o de valencia) que no se niegan son exactamente 3 (arriba, arriba y abajo) y son responsables de la carga positiva del protón.

En otras palabras, cuando los libros dicen que el protón está formado por tres quarks, no mienten, pero tampoco cuentan el conjunto completo de hechos.

Eso tampoco significa que los quarks marinos deban pasarse por alto. ¡Estos pares de materia-antimateria son responsables de gran parte de la masa del protón! Además, la misteriosa antimateria no se dejará descuidar…

El misterio que rodea a la antimateria de protones

Históricamente, los científicos primero descubrieron el protón y luego descubrieron que el interior del protón está formado por tres quarks. Más tarde, se dieron cuenta de que en su interior había un mar de quarks y gluones.

Ahora, técnicamente, dado que los quarks marinos existen debido a los gluones, los científicos creían que los antiquarks arriba y abajo serían iguales en número, ya que tienen casi la misma masa. Sin embargo, después de más de 20 años de experimentos, finalmente se concluyó en 2021 que hay más antiquarks hacia abajo que hacia arriba. ¡La razón de eso sigue siendo desconocida!

Para poner esto en perspectiva, menos del 1% de la materia del universo visible es antimateria, y el resto de la materia visible del universo está compuesta de protones. Dicho esto, el interior de estos protones contiene una gran cantidad de antimateria que no contribuye a la carga, pero que sin duda se suma a la masa. Entonces, aunque la existencia de antimateria en el universo parece increíblemente rara, extrañamente, ¡se puede encontrar escondida dentro de la misma materia de la que estamos hechos!

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