El protón no puede verse como una simple bolita. Si lo golpeas con un fotón, puede absorber energía y pasar a un estado excitado, como una campana que empieza a vibrar a una frecuencia determinada tras el golpe. Estos estados se denominan resonancias de nucleones y viven muy poco tiempo antes de desintegrarse en otras partículas.
En el nuevo trabajo, los físicos investigaron la reacción en la que un fotón (partícula de luz) choca con un protón y produce un mesón η' (partícula compuesta por un quark y un antiquark) y un protón. Midieron la llamada asimetría del haz de fotones: la diferencia en el número de eventos según la polarización (dirección de giro) del fotón. Por primera vez, se obtuvieron datos a energías de fotón superiores a 1.84 GeV. Además, se obtuvieron las secciones eficaces diferenciales más precisas hasta la fecha, es decir, con qué frecuencia salen las partículas en diferentes ángulos, especialmente en ángulos muy retrasados, cuando el η' sale casi hacia atrás respecto a la dirección del fotón.
Estos datos permitieron refinar las amplitudes de dispersión, que son magnitudes matemáticas que describen cómo interactúan las partículas. El análisis mostró que el acoplamiento del sistema η' y protón con la resonancia N(2250) podría ser más fuerte de lo que se pensaba. N(2250) es un estado excitado del protón con una masa de aproximadamente 2250 MeV (unas 2.4 veces más pesado que el protón ordinario). Un acoplamiento más fuerte significa que esta resonancia juega un papel más importante en la producción de mesones η'.
Para hacerse una idea de lo pequeños que son estos efectos, imagina: la energía del fotón de 1.84 GeV es aproximadamente la energía necesaria para levantar 1 miligramo a una altura de 1 nanómetro. Y la sección eficaz de la reacción (la probabilidad de colisión) es de aproximadamente 1 microbarn, que es mil millones de veces menor que el área de la sección transversal de un átomo. Estas mediciones requieren una estadística enorme y detectores precisos.
La resonancia N(2250) es uno de los estados excitados más pesados conocidos del protón; su masa es casi 2.4 veces mayor que la masa en reposo del protón.
En la serie "Star Trek" se mencionan a menudo las "frecuencias de resonancia" para desestabilizar objetos; en la física real, las resonancias de partículas nos ayudan a mirar dentro de la materia.