Un protón choca contra un deuterón: cómo la velocidad cambia las reglas ✎ exprés

Original: "Comparison of Relativistic and Non-relativistic Faddeev calculations for Proton-Deuteron Elastic Scattering"
arXiv:2601.00534 · 2026-01-02 · arXiv non-exclusive · análisis propio · 2 min
Cuando un protón golpea el núcleo del deuterio a altas energías, el cálculo sin tener en cuenta la relatividad empieza a fallar.

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Un protón choca contra el núcleo del deuterio, un diminuto conjunto formado por un protón y un neutrón. Antes, estas colisiones se describían con ecuaciones donde el tiempo fluye igual para todos, como en la vida cotidiana. Pero cuando las partículas se aceleran hasta velocidades cercanas a la de la luz, el tiempo se ralentiza para ellas y las longitudes se contraen. Es como si dos corredores en un estadio midieran la distancia con reglas diferentes.

Los físicos tomaron dos conjuntos de reglas: el antiguo, newtoniano, y el nuevo, relativista, que tiene en cuenta la curvatura del tiempo. Calcularon cómo se dispersa un protón en el núcleo del deuterio a diferentes energías. Resultó que a una energía de 135 MeV (como si el protón se acelerara hasta el 15% de la velocidad de la luz) la diferencia se ve cuando el protón rebota hacia atrás. Y a energías superiores a 300 MeV, las diferencias aparecen también en cómo se enrollan las partículas: su polarización.

La energía de 135 MeV es aproximadamente 135 veces mayor que la energía en reposo del electrón, pero aún 7 veces menor que la energía en reposo del protón. A estas energías, el protón ya siente los efectos relativistas, pero aún no se acelera a velocidades extremas.

El resultado se parece a un mapa con dos proyecciones diferentes: en un área pequeña casi coinciden, pero en una grande divergen. Así también aquí: hasta 300 MeV los cálculos antiguos todavía funcionan, pero por encima ya no. Por lo tanto, para futuros experimentos en aceleradores hay que pasar a ecuaciones relativistas para no fallar en las predicciones.

El núcleo del deuterio es el único núcleo estable formado por dos partículas de distinto tipo: un protón y un neutrón. Es tan laxo que su tamaño es tres veces mayor que el del núcleo del hidrógeno ordinario.

Científicos
Enrico FermiPaul DiracSubrahmanyan ChandrasekharAlbert EinsteinBarry BarishKip Thorne
Conceptos
estrella de neutrones física nuclearestadística de Fermi-DiracLímite de Chandrasekharfórmula de la radiación cuadrupolar