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8 de Julio de 2013
Física

La gravedad y las constantes de la naturaleza

El espectro de una enana blanca impone nuevas cotas a las variaciones de la constante electromagnética.

La nebulosa planetaria Helix: Cuando una estrella como el Sol muere, expulsa sus capas gaseosas hacia el exterior (imagen). En el centro de la nebulosa, los restos de lo que una vez fue la estrella quedarán convertidos en una enana blanca. Con una masa equiparable a la del Sol pero comprimidos hasta alcanzar un tamaño similar al de la Tierra, estos astros moribundos se encuentran entre los objetos más densos del universo. Un experimento reciente ha medido la luz emitida por una enana blanca cercana a la Tierra para verificar la universalidad de las leyes que rigen la física atómica. [Imagen: NASA/JPL-Caltech.]

Una de las principales suposiciones de la física moderna es que las leyes de la naturaleza son idénticas en todos los lugares del universo observable. En particular, se asume que los parámetros fundamentales que rigen dichas leyes, como la velocidad de la luz, la constante de Planck o la carga del electrón, son fijos. Nadie sabe por qué esos números tienen el valor que tienen; sin embargo, si algunos de ellos fuesen ligeramente distintos, el mundo tendría un aspecto muy diferente del que conocemos; por ejemplo, podría muy bien carecer de átomos o de estructuras complejas de cualquier tipo.

En un artículo publicado la semana pasada en Physical Review Letters, una colaboración de físicos de Australia, Reino Unido y EE.UU. ha medido la posible dependencia de la constante de estructura fina electromagnética con la intensidad del campo gravitatorio. A tal fin, los investigadores estudiaron las líneas de absorción de ciertos iones de hierro y níquel presentes en la superficie de G191-B2B, una enana blanca cercana en la que la aceleración de la gravedad es unas 10.000 veces mayor que en la Tierra. Sus resultados indican que, en tales condiciones, las posibles variaciones de la constante de estructura fina con respecto a los valores de laboratorio medidos en nuestro planeta serían inferiores a una parte entre 10.000.

La constante de estructura fina viene dada por una combinación particular de la carga del electrón, la constante de Planck y la velocidad de la luz. Su valor determina la intensidad con la que interaccionan los fotones y las partículas con carga eléctrica. En consecuencia, de ella dependen también los espectros atómicos; es decir, las diferentes longitudes de onda (colores) que puede absorber o emitir cada especie atómica.

Algunas de las extensiones propuestas en los últimos años para ampliar la descripción moderna de la gravedad (la teoría de la relatividad general de Einstein) predicen la existencia de nuevos campos físicos cuyo efecto consistiría, precisamente, en modificar el valor de la constante electromagnética cuando el campo gravitatorio se torna muy intenso. Esa es la razón que ha llevado a los investigadores a comparar los espectros atómicos de los elementos presentes en la superficie de la enana blanca, donde el campo gravitatorio es mucho mayor que en la Tierra, con los de los mismos elementos medidos en nuestro planeta.

Entre otros autores, el artículo ha sido firmado por John K. Webb, Victor Flambaum y John Barrow. Junto con sus respectivos grupos, estos investigadores llevan años estudiando las posibles variaciones de la constante de estructura fina en distintas circunstancias físicas. De hecho, algunos de sus trabajos más citados han ofrecido indicios de que dicho parámetro podría haber tomado valores ligeramente distintos en épocas remotas de la historia del universo o en regiones cósmicas muy aparatadas de la Vía Láctea. Aunque la mayoría de los físicos lo consideran muy improbable, no deja de ser cierto que una confirmación de tales indicios traería consigo una verdadera revolución en física fundamental.

En esta ocasión, sin embargo, el límite obtenido por los investigadores resulta esencialmente compatible con una variación nula. Los autores concluyen su artículo argumentando que, con una mejora en la determinación de los valores de laboratorio, los espectros proporcionados por G191-B2B podrían mejorar la cota actual en unos dos órdenes de magnitud. Según los investigadores, esos mismos datos también podrían usarse para efectuar un test del principio de equivalencia de Einstein en el régimen de campos gravitatorios de intensidad media.

Más Información en Physics y Physical Review Letters. Una versión gratuita del artículo técnico se encuentra disponible en arXiv.

—IyC

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