Dentro de cada próton em cada átomo do universo existe um ambiente de panela de pressão que ultrapassa o coração esmagador de átomos de uma estrela de nêutrons. Isso está de acordo com a primeira medição de uma propriedade mecânica de partículas subatômicas, a distribuição de pressão dentro do próton, que foi realizado por cientistas do Thomas Jefferson National Accelerator Facility do Departamento de Energia.

Os físicos nucleares descobriram que os blocos de construção do próton, os quarks, são submetidos a uma pressão de 100 decilhões de Pascal (10 ³⁵ ) perto do centro de um próton, que é cerca de 10 vezes maior do que a pressão no coração de uma estrela de nêutrons. O resultado foi publicado recentemente na revista. Natureza .

"Encontramos uma pressão direcionada para fora extremamente alta do centro do próton, e uma pressão direcionada para dentro muito mais baixa e mais estendida perto da periferia do próton, "explica Volker Burkert, Jefferson Lab Hall B Leader e co-autor do artigo.

Burkert diz que a distribuição de pressão dentro do próton é ditada pela força forte, a força que une três quarks para formar um próton.

"Nossos resultados também lançam luz sobre a distribuição da forte força dentro do próton, "disse ele." Estamos fornecendo uma maneira de visualizar a magnitude e distribuição da força forte dentro do próton. Isso abre uma direção inteiramente nova na física nuclear e de partículas que pode ser explorada no futuro. "

Antes considerado impossível de obter, esta medição é o resultado de um emparelhamento inteligente de duas estruturas teóricas com os dados existentes.

Primeiro, existem as distribuições parton generalizadas. Os GPDs permitem que os pesquisadores produzam uma imagem 3-D da estrutura do próton testada pela força eletromagnética. O segundo são os fatores de forma gravitacionais do próton. Esses fatores de forma descrevem qual seria a estrutura mecânica do próton se os pesquisadores pudessem sondar o próton por meio da força gravitacional.

O teórico que desenvolveu o conceito de fatores de forma gravitacionais em 1966, Heinz Pagels, notoriamente observado no artigo detalhando-os que havia "muito pouca esperança de aprender algo sobre a estrutura mecânica detalhada de uma partícula, por causa da extrema fraqueza da interação gravitacional. "

Trabalho teórico recente, Contudo, conectou GPDs aos fatores de forma gravitacionais, permitindo que os resultados das sondas eletromagnéticas de prótons substituam as sondas gravitacionais.

"Essa é a beleza disso. Você tem este mapa que acha que nunca vai conseguir, "disse Latifa Elouadrhiri, um cientista da equipe do Jefferson Lab e co-autor do artigo. "Mas aqui estamos, preenchendo-o com esta sonda eletromagnética. "

A sonda eletromagnética consiste em feixes de elétrons produzidos pela Instalação Aceleradora de Feixe de Elétrons Contínuos, um DOE Office of Science User Facility. Esses elétrons são direcionados para os núcleos dos átomos, onde eles interagem eletromagneticamente com os quarks dentro dos prótons por meio de um processo chamado espalhamento Compton profundamente virtual.

No processo DVCS, um elétron entra em um próton e troca um fóton virtual por um quark, transferindo energia para o quark e o próton. Pouco tempo depois, o próton libera essa energia emitindo outro fóton e continua intacto. Este processo é análogo aos cálculos realizados por Pagels sobre como seria possível sondar o próton gravitacionalmente por meio de um feixe hipotético de grávitons. Os pesquisadores do Jefferson Lab foram capazes de explorar uma similaridade entre os conhecidos estudos eletromagnéticos e hipotéticos gravitacionais para obter seus resultados.

"Há um fóton entrando e um fóton saindo. E os dois fótons têm spin-1. Isso nos dá a mesma informação que trocar uma partícula de gráviton por spin-2, "diz François-Xavier Girod, um cientista da equipe do Jefferson Lab e co-autor do artigo. "Então agora, pode-se basicamente fazer a mesma coisa que fizemos nos processos eletromagnéticos, mas em relação aos fatores de forma gravitacional, que representam a estrutura mecânica do próton. "

Os pesquisadores dizem que o próximo passo é aplicar a técnica a dados ainda mais precisos que estarão disponíveis em breve para reduzir as incertezas na análise atual e começar a trabalhar para revelar outras propriedades mecânicas do próton onipresente, como as forças de cisalhamento internas e o raio mecânico do próton.