O enigma do raio do protão

Continua o enigma do raio do protão. Depois da Nature, novos resultados em destaque na revista Science - Cientista da UC coordena equipa portuguesa

Continua o enigma à volta do protão! Após ter feito manchete na Nature, há dois anos, a equipa internacional de 35 investigadores, 9 dos quais portugueses (7 da Universidade de Coimbra e 2 da Universidade de Aveiro), liderados por Joaquim dos Santos, Coordenador do Centro de Instrumentação da Universidade de Coimbra, publica agora novos resultados numa revista científica de topo mundial - a Science.

Nesta publicação, que põe em causa uma das principais e mais completas teorias da física: a Teoria Eletrodinâmica Quântica (descreve a interação entre a luz e a matéria), a equipa de investigação internacional confirma, por meio de espetroscopia de laser, o valor inesperadamente pequeno para o raio do protão (um dos constituintes básicos de toda a matéria) no hidrogénio muónico, trazendo para a comunidade científica mais uma peça para o complexo "puzzle" do enigmático protão.

Na experiencia agora descrita na revista Science foi determinado o desvio energético para uma outra transição do hidrogénio muónico. A partir deste, os investigadores puderam determinar novamente o raio elétrico do protão. O valor de 0.84087(39) fentómetros (1 Fentómetro = 0.000 000 000 000 001 Metro) está de acordo com o valor publicado em 2010 (0,84184 fm) na Nature, sendo no entanto 1,7 vezes mais preciso.

Tal como aconteceu há dois anos com a publicação na Nature, espera-se grande entusiasmo e debate na comunidade científica mundial. Os novos resultados «aumentam o nível de complexidade do enigma criado na pesquisa de 2010. Será que a teoria desprezou alguma variável? Será que existem fenómenos físicos que a teoria não foi capaz de contar? Será que há uma nova física para os teóricos descreverem? Será que o protão possui uma estrutura muito mais complexa do que se tem assumido, a qual só se pôde detetar sob a influência do pesado muão? - Vão ter de ser procuradas respostas para estas e outras questões. Da última descoberta publicada na Nature surgiu um número elevado de novos estudos científicos para tentar decifrar o o enigma», analisa o coordenador da equipa portuguesa, Joaquim dos Santos.

As experiências, realizadas no Paul Scherrer Institut (PSI), Suíça, o único centro de investigação do mundo capaz de produzir uma quantidade suficiente de muões para esta investigação, vão continuar porque existe uma motivação ao nível mundial para determinar as causas deste mistério. Por isso a equipa, que inclui o Prémio Nobel da Física em 2005 (Theodor W. Hänsch lidera a grupo alemão), vai avançar com um novo teste de muões no hélio, em que serão efetuadas, pela primeira vez, medições espetroscópicas no hélio muónico.

Estas medições, sem precedentes, capazes de desafiar a mais sólida das teorias fundamentais da física exigiram o desenvolvimento de sistemas altamente sofisticados e únicos. O sistema de laser foi desenvolvido pelas equipas francesa e alemã. Os detetores de Raios X foram da responsabilidade da equipa portuguesa, enquanto o sistema eletrónico de controlo e do feixe de muões foi concebido pela equipa suíça. Houve ainda contribuições por parte de elementos dos Estados Unidos e de Taiwan.

A equipa Portuguesa é constituída por Joaquim dos Santos, Luis Fernandes, Fernando Amaro, Cristina Monteiro, João Cardoso, José Lopes, Andrêa Gouvêa (Universidade de Coimbra); João Veloso e Daniel Covita (Universidade de Aveiro)

Publicação original:

Aldo Antognini, François Nez, Karsten Schuhmann, Fernando D. Amaro, François Biraben, João M. R. Cardoso, Daniel S. Covita, Andreas Dax, Satish Dhawan, Marc Diepold, Luis M. P. Fernandes, Adolf Giesen, Andrea L. Gouvea, Thomas Graf, Theodor W. Hänsch, Paul Indelicato, Lucile Julien, Cheng-Yang Kao, Paul Knowles, Franz Kottmann, Eric-Olivier Le Bigot, Yi-Wei Liu, José A. M. Lopes, Livia Ludhova, Cristina M. B. Monteiro, Françoise Mulhauser, Tobias Nebel, Paul Rabinowitz, Joaquim M. F. dos Santos, Lukas A. Schaller, Catherine Schwob, David Taqqu, João F. C. A. Veloso, Jan Vogelsang, Randolf Pohl

Proton structure from the measurement of 2S - 2P transition frequencies of muonic hydrogen

Science, 25 Janeiro de 2013, Vol. 339, No 6118

Cristina Pinto

Universidade de Coimbra