domingo, 5 de septiembre de 2010

Las variaciones en la constante de estructura fina sugieren que las leyes de la física no son las mismas en todas partes

Una imagen de rayos X del cuásar PKS 1127-145, situado a unos 10 millones de años luz de la Tierra. Crédito: NASA.

Una de las cuestiones más controvertidas en la cosmología es porque las constantes fundamentales de la naturaleza parecen finamente ajustadas para la vida. Una de estas constantes fundamentales es la constante de estructura fina o alfa, que es la constante de acoplamiento de la fuerza electromagnética (usualmente denotada g, es un número que determina la fuerza de una interacción) y equivale a 1/137,03599911.



donde:

e es la carga elemental.

es la constante reducida de Planck.

c es la velocidad de la luz en el vacío.

y ε0 es la permitividad del vacío.

Si alfa fuera sólo 4% más grande o más pequeña que eso, las estrellas no serían capaces de hacer carbono y oxígeno, lo que habría hecho imposible la existencia de la vida tal como la conocemos. Ahora, los resultados de un estudio demuestran que alfa parece haber variado un poquito en diferentes direcciones del universo hace miles de millones de años, siendo ligeramente más pequeña en el hemisferio norte y ligeramente más grande en el hemisferio sur. Una posible implicación interesante es que la constante de estructura fina es de variación contínua en el espacio, y parece ajustada a la vida en nuestro barrio del universo.

Los físicos, John Webb de la Universidad de Nueva Gales del Sur y sus coautores, utilizaron datos de dos telescopios para descubrir la dependencia espacial de la constante de estructura fina. Usando la orientación norte del telescopio Keck en Mauna Kea, Hawai, y la orientación hacia el sur del Very Large Telescope (VLT) en Paranal, Chile, los investigadores observaron más de 100 cuásares, que son galaxias extremadamente luminosos y lejanas que son impulsadas por agujeros negrso masivos en sus centros.

Al medir los espectros de los cuásares, los investigadores pudieron recoger datos sobre la frecuencia de la radiación electromagnética emitida por los mismos a grandes corrimientos al rojo, que corresponden a una época de hace unos 10 mil millones de años. Durante el tiempo que la luz viaja a través del espacio para llegar a los telescopios, parte de ella fue absorbida en longitudes de onda específicas por las nubes de gas muy antiguas que hoy en día pueden revelar la composición química de las mismas.

Las composiciones de las nubes podrían ayudar a los científicos a determinar la constante de estructura fina en las zonas del universo en ese momento, ya que alfa es una medida de la intensidad de la fuerza electromagnética entre partículas cargadas eléctricamente. La constante de acoplamiento de la fuerza electromagnética, es similar a las constantes para las otras tres conocidas fuerzas fundamentales de la naturaleza: la fuerza nuclear fuerte, la fuerza nuclear débil y la fuerza gravitacional. Entre sus importantes implicaciones, alfa determina la fuerza con que los átomos aferran a sus electrones.

Al combinar los datos de los dos telescopios que miran en direcciones opuestas, los investigadores encontraron que, hace 10 mil millones de años, alfa parece haber sido mayor en alrededor de una parte en 100.000 en la dirección sur y más pequeña por una parte en 100.000 en la dirección norte. Los datos de este modelo "dipolo" de alfa tienen una significación estadística de alrededor de sigma 4,1, lo que significa que hay sólo una posibilidad en 15.000 de que se trate de un evento aleatorio.

Al principio, los datos sorprendieron a Webb y sus colegas, ya que parecía contradecir los resultados anteriores que los científicos habían publicado en 1999. En ese momento, los científicos habían usado la orientación norte del telescopio Keck para encontrar que alfa se convertía en un poco más pequeña cuanto más lejos (y antiguos) fueran los cuásares. Así que cuando los científicos por primera vez miraron cuásares igualmente distantes del hemisferio sur con el VLT, se sorprendieron al encontrar el ligero aumento de alfa. Después de eliminar cualquier sesgo posible, sin embargo, se dieron cuenta de que estaban buscando las diferencias hemisféricas de alfa.

Si bien los datos de un solo telescopio parecían sugerir que alfa varía en el tiempo, los datos de los dos telescopios muestran que alfa también parece ser muy variable en el espacio. Este descubrimiento podría tener implicaciones importantes, comenzando con el estallido del supuesto básico de que las leyes físicas son las mismas en todas partes del universo. Los resultados también violan el Principio de Equivalencia de Einstein, y sugieren que el universo puede ser mucho mayor de lo pensado actualmente, o incluso infinito en tamaño. En este momento, los científicos quieren confirmar los resultados con otros métodos experimentales, y ver si la constante de estructura fina realmente podría llevar a los científicos a una comprensión muy diferente de nuestro universo.

Más información: J. K. Webb, et al. "La evidencia de la variación espacial de la constante de estructura fina." Presentado a Physical Review Letters. Disponible en arXiv: 1008.3907v1 [] astro-ph.CO



Fuente:
Variations in fine-structure constant suggest laws of physics not the same everywhere, en Physorg

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