Variaciones en una constante indican que las leyes físicas no son iguales en todo el universo

La llamada «constante de estructura fina» parece tener un ajuste fino para la vida en nuestra vecindad del universo

Una de las cuestiones más discutidas en la cosmología es por qué las constantes fundamentales de la naturaleza parecen tan ajustadas para hacer posible la vida. Una de estas constantes fundamentales es la constante de estructura fina, o alfa (la constante de acoplamiento de la fuerza electromagnética, que tiene un valor de 1/137,0359). Si alfa fuese apenas 4% mayor o menor de lo que es, las estrellas no podrían crear ni carbono ni oxígeno, lo que habría hecho imposible la vida tal como la conocemos.

Ahora los resultados de un nuevo estudio muestran que alfa parece haber variado poquísimo a diferentes direcciones en el universo en los miles de millones de años de su existencia, y que es ligeramente menor en su hemisferio norte y ligeramente mayor en su hemisferio sur. Una intrigante implicación posible es que la constante de estructura fina tiene una variación continua a lo largo del espacio, y que parece tener un ajuste fino para la vida en nuestra vecindad del universo.

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

Midiendo el espectro de los cuásares, los investigadores obtienen datos sobre la frecuencia de radiación electromagnética emitida por los cuásares de alto corrimiento al rojo, correspondiente a una época hace unos 10 mil millones de años. Durante el tiempo que la luz ha viajado a través del espacio hasta alcanzar los telescopios, algo de esta luz fue absorbida a longitudes de onda específicas por nubes de gas muy antiguas, lo que puede revelar la composición química de estas nubes.

La composición de estas nubes puede ayudar a los científicos a determinar la constante de estructura fina en esas zonas del universo en ese momento, debido a que alfa es una medida de la intensidad de la fuerza electromagnética entre las partículas cargadas eléctricamente. Como constante de acoplamiento de la fuerza electromagnética, es similar a las constantes de las otras tres fuerzas fundamentales que conocemos en la naturaleza: la fuerza nuclear fuerte, la fuerza nuclear débil y la fuerza de gravedad. Entre sus importantes implicaciones, alfa determina cuán fuerte aferran los los átomos a sus electrones.

Al combinar los datos de los dos telescopios que miran en direcciones opuestas, los investigadores hallaron que hace 10.000 millones de años alfa parecía mayor, en alrededor de 1 en 100.000, en la orientación sur, y menor en una proporción idéntica en dirección norte. Los datos de este modelo «dipolo» de alfa tienen una significación estadística de alrededor de 4,1 sigma, lo que significa que sólo hay una entre 15.000 posibilidades de que se trate de un evento aleatorio.

Al principio, los datos sorprendieron a Webb y a sus colegas, ya que parecían contradecir los resultados anteriores publicados por los científicos en 1999. En aquel momento, los científicos habían usado el telescopio Keck orientado al norte para encontrar que alfa se hacía cada vez menor cuanto más lejos estaban los cuásares. Así que, cuando observaron los cuásares, igualmente distantes, del hemisferio sur con el VLT, se sorprendieron al encontrar ese ligero aumento de alfa. Después de eliminar cualquier posible polarización, se dieron cuenta de que estaban observando las diferencias hemisféricas de alfa.

Aunque los datos de un solo telescopio parecían sugerir que alfa varía con el tiempo, los datos de ambos telescopios muestran que alfa también varía en el espacio. Un descubrimiento como este puede tener mayores implicaciones, al comenzar a quebrar el 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 hasta ahora, e incluso de tamaño infinito. Por el momento, los científicos desean confirmar estos resultados con otros métodos experimentales, y comprobar si en verdad la constante de estructura fina puede llevar a los científicos a entender nuestro universo de manera muy diferente.

Fuente: Physorg. Aportado por Eduardo J. Carletti

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