¿In-constante universal? Extraños hallazgos en una constante física fundamental

Representación de un cuasar / NASA

Luego de observar un cuásar a 13 mil millones de años, un equipo de científicos acaba de reportar una ligera variación en el valor de una constante física fundamental que caracteriza la fuerza de la interacción electromagnética. Los detalles fueron publicados en Sciences Advances.

Constante de estructura fina
El electromagnetismo es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. La intensidad de la fuerza electromagnética se calcula con ayuda de lo que se conoce como constante de estructura fina, un número adimensional que involucra la velocidad de la luz, la constante de Planck, la carga de los electrones y la permitividad del vacío.


La fuerza electromagnética mantiene a los electrones alrededor de un núcleo en cada átomo del universo; sin esta, toda la materia se separaría. Hasta hace poco, se creía que era una fuerza inmutable a lo largo del tiempo y espacio.

Sin embargo, en las dos últimas décadas, el astrofísico John Webb de la UNSW Sydney ha notado ciertas anomalías en esta constante. Esto ocasionaría que la fuerza electromagnética medida en una dirección particular del universo, sea ligeramente diferente.

“Encontramos una pista de que ese número de constante de estructura fina era diferente en ciertas regiones del universo. No solo en función del tiempo, sino también en dirección al universo, lo cual es bastante extraño si es correcto ... pero eso es lo que encontramos”, expresó Webb.

Cuásares
Los cuásares son especialmente importantes para estudiar cómo era el universo en sus inicios. Los más potentes están a unos 12 o 13 mil millones de años de luz de nosotros. Estos nos otorgan información sobre cómo eran las propiedades del universo en su infancia, con solo mil millones de años.

En este escenario, el equipo realizó cuatro mediciones de la constante fina a lo largo de la línea de visión de este cuásar. Estas cuatro mediciones no proporcionaban información concluyente sobre si había o no alguna variación en la fuerza electromagnética; sin embargo, cuando se comparaban con otras mediciones realizadas por otros científicos ajenos al estudio, las diferencias en la constante de estructura fina se hicieron evidentes.

¿Universo isotrópico?
Según Webb, estas mediciones parecen apoyar la idea de que podría haber alguna dirección en el universo donde cambian las leyes de la física. “El universo puede no ser isotrópico en sus leyes físicas, una que sea la misma, estadísticamente, en todas las direcciones.

Al reunir todos los datos, el universo parecería tener una estructura dipolar. El electromagnetismo parece aumentar gradualmente cuanto más lejos miremos, mientras que disminuye de forma gradual en la dirección opuesta. “En otras direcciones en el cosmos, la constante de estructura fina sigue siendo solo eso: constante”, explica Webb.

En otras palabras: el universo parece tener el equivalente a un norte y un sur.

Adicionalmente, otro estudio que realizó observaciones de rayos X a galaxias y cúmulos de galaxias también descubrió que las propiedades del universo en este sentido no son isotrópicas y que hay una dirección preferida. Esta dirección coincide con la misma calculada por Webb.

¿Qué está sucediendo?
A pesar de tomar los resultados con mucho escepticismo, el profesor Webb dice que, si estos hallazgos continúan siendo confirmados, pueden ayudar a explicar por qué el universo es como es y por qué hay vida en él.

“Plantea una pregunta tentadora: ¿esta ‘situación de ricitos de oro’, donde las cantidades físicas fundamentales como la constante de estructura fina son ‘correctas’ para favorecer nuestra existencia, se aplica en todo el universo?”, plantea Webb.

Si se demuestra que existe una dirección preferida en el universo, en el cual las leyes de la física son diferentes, los conceptos más fundamentales de la física moderna necesitarían ser revisados.

¿Peligra Einstein?
La teoría de la Relatividad de Einstein se basa en un universo isotrópico, uno que es el mismo, estadísticamente, en todas las direcciones. Esta asume explícitamente la constancia de las leyes de la naturaleza: son las mismas en todas las direcciones.

“Si estos principios fundamentales resultan ser solo buenas aproximaciones, las puertas están abiertas a algunas ideas nuevas y muy interesantes en la física”.https://nmas1.org/news/2020/04/29/cosmos-constante