¿Podemos observar cambios en la constante de estructura fina?

Question

El _constante de estructura fina_ es un número de constantes que se reúnen en una ecuación. Brian Cox mencionó en la edición de abril de la revista Focus que es posible que la velocidad de la luz fuera alguna vez más rápida, digamos, en el universo anterior, por lo que conjeturo que esta constante debe haber sido entonces diferente.

Si se dice que alguna o cada una de las constantes que componen la constante de estructura fina está cambiando, ¿hay algún lugar del universo donde podamos observar esto de forma fiable; y si es así, cuáles son las consecuencias en tal caso? ¿Qué pasa con nuestras leyes de la física en estos casos, los que se utilizan tan ampliamente para obtener grandes resultados en el campo de la astronomía hasta el día de hoy, ¿se vuelven cuestionables o se rompen descaradamente?

Como referencia, este es un extracto de la revista en relación con lo que se dijo sobre las observaciones de la velocidad de la luz:

Lo que los astrónomos ven en su estudio de las nubes de gas distantes es los últimos momentos cósmicos de ese declive.

Además, menciona la gravedad con indicios de posibilidades de cambio:

Otros buscan variaciones en la gran G como esto podría usarse para desarrollar una nueva comprensión de la gravedad.

Son afirmaciones adecuadas para la fuente de las mismas, pero aparentemente fantasiosas sin más detalles.

Answer 1

Hay algunos científicos trabajando en esto. Aquí es una página con algunas referencias. De una lectura rápida, parece que hay algunas pruebas de que las constantes fundamentales podrían depender del tiempo. En uno de los papeles :

En las modernas extensiones de mayor dimensión del modelo estándar de la física de partículas, las constantes fundamentales de baja energía como la constante de estructura fina α, la relación de masa protón-electrón de protones y electrones μ \= m _p / m _e etc., se espera que sean cantidades dinámicas que muestren una evolución espacio-temporal.

A continuación, el documento repasa el (entonces) estado actual de los conocimientos, incluidas las observaciones y los experimentos de laboratorio utilizados para averiguarlo. Dado que el artículo se publicó en septiembre de 2010, debería ser bastante actual.

Answer 2

Para detectar cambios en la gravedad y en la velocidad de la luz a lo largo del tiempo, el lugar donde hay que buscar es muy, muy lejos . Creo que uno de los objetivos del telescopio espacial James Webb es buscar este tipo de cosas: aunque podemos observar algunas de las galaxias más lejanas posibles, el JWST podrá hacerlo con mayor detalle.

Answer 3

Otro método que se ha utilizado para medir la constante de estructura fina es el Reactor nuclear natural de Oklo en Gabón. Las mediciones de la concentración de samario 149 indican que $\alpha$ no ha cambiado más de 50 partes por billón en los últimos 2.000 millones de años - pero el cambio podría ser tan pequeño como cero.

Answer 4

Sólo para añadir a las respuestas ya publicadas, los principales esfuerzos para observar las variaciones en la constante de estructura fina han llegado a través de la observación de las líneas espectrales de objetos muy diferentes. La clave es observar conjuntos de líneas espectrales. Muchas transiciones atómicas se dividen en múltiples líneas estrechamente espaciadas, y el espaciado depende del valor exacto de la constante de estructura fina. El espaciamiento medido entre estas líneas en algún objeto de muy alto corrimiento al rojo (por ejemplo, un cuásar), puede entonces compararse con el espaciamiento esperado entre esas líneas si la constante de estructura fina es la misma en el pasado que en la actualidad.

Por supuesto, mirar objetos muy lejanos no es la única manera. Algunos físicos se han centrado en intentar observar cambios muy diminutos en la constante de estructura fina a lo largo de escalas de tiempo humanas, y los límites que han puesto a la variación compiten con los tipos de variaciones que pueden observarse utilizando técnicas astronómicas. Desde 2012, se han publicado algunos artículos en los que se afirma la existencia de una variación, así como múltiples observaciones astronómicas y resultados de física experimental que son coherentes con la ausencia de variación.