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Precisan el número misterioso que da forma al universo

Los científicos han cuantificado con una precisión inédita el número misterioso que da forma al universo: la constante de estructura fina, cuyo origen es el problema fundamental de la física.

La validación y aplicación de las teorías físicas requieren el uso de cantidades universales, llamadas constantes fundamentales:  son las que muestran el mismo valor (número) en cualquier sistema de unidades.

El Modelo Estándar de la física de partículas, que describe la estructura fundamental de la materia y del vacío (el estado cuántico con la mínima energía posible), necesita 25 constantes fundamentales para explicar los fenómenos físicos.

Una de las constantes estratégicas para la comprensión de la materia es la constante de estructura fina, que determina la interacción electromagnética entre partículas masivas de la materia.

Una nueva investigación, liderada por científicos del Laboratorio Kastler Brossel de Francia, especializado en física fundamental de los sistemas cuánticos, ha conseguido la medición más precisa de esta constante fundamental del universo.

Familias constantes

La constante de estructura fina pertenece a la misma familia de constantes como la velocidad de la luz. Gracias a esta investigación, su valor numérico, cercano a la relación 1/137, ha aumentado de ocho cifras significativas hasta las 11 cifras.

Según explica el CNRS en un comunicado, los científicos han logrado esa precisión de la constante de estructura fina al perfeccionar su configuración experimental: han reducido las inexactitudes y controlado los efectos que pueden perturbar la medición.

El experimento consistió en enfriar átomos de rubidio a una temperatura cercana al cero absoluto. Estos átomos retroceden durante la absorción de fotones de luz a una velocidad que depende de su masa: la medición muy precisa de ese retroceso permite perfeccionar el conocimiento de la constante de estructura fina.

De la velocidad de ese retroceso, los investigadores obtienen la masa del átomo de rubidio, que está directamente relacionada con la determinación de la constante de estructura fina, destacan los científicos.

lustración de la medición experimental de la constante de estructura fina. © Pierre Cladé, Saïda Guellati-Khélifa y Tatsumi Aoyama.

Número puro

Los resultados de esta investigación, publicados en Nature, abren nuevas vías para evaluar las predicciones teóricas del Modelo Estándar. El uso de constantes más precisas podría permitir responder a preguntas fundamentales, como la del origen de la materia oscura en el Universo.

La revista Quanta destaca la importancia de este resultado: “como constantes fundamentales, la velocidad de la luz disfruta de toda la fama, sin embargo, su valor numérico no dice nada sobre la naturaleza; difiere dependiendo de si se mide en metros por segundo o millas por hora. La constante de estructura fina, sin embargo, no tiene dimensiones ni unidades. Es un número puro que da forma al universo en un grado asombroso: un número mágico que nos llega sin entenderlo, como lo describió Richard Feynman. Paul Dirac consideró el origen del número como el problema sin resolver más fundamental de la física.”

En la vida cotidiana, todo se reduce a gravedad y electromagnetismo, por lo que la constante de estructura fina es la que asegura el equilibrio necesario entre partículas elementales para el surgimiento y mantenimiento de la vida en el universo.

Salvedad

Añade la revista que mediciones tan precisas como la alcanzada de la constante de estructura fina, es una forma de descubrir experimentalmente el funcionamiento fundamental del universo, junto con los colisionadores de partículas y los telescopios.

Hay una salvedad en este descubrimiento: su resultado difiere ligeramente de otra medición de la constante de estructura fina realizada en 2018 con átomos de cesio, en vez de átomos de rubidio, lo que plantea que una de las dos mediciones tiene pendiente todavía aclarar algo.

En cualquier caso, la nueva medición supera considerablemente en precisión a la anterior y, sobre todo, evidencia que las coincidencias entre ambas mediciones son más que suficientes para olvidar la necesidad de nuevas partículas para explicar la diferencia, concluye Quanta.

Referencia

Determination of the fine-structure constant with an accuracy of 81 parts per trillion. Léo Morel et al. Nature, Volume 588, pages 61–65(2020). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-020-2964-7.

Foto: Atomium, Bruselas, Bélgica. Raphaël Biscaldi, Unplash.

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe, periodista científico, es el Editor de Tendencias21.

4 comentarios

  • Que curioso, cuando he visto el titular he pensado en el número aúrico porque se encuentra como base geométrica y la geometría es la plantilla que da forma al universo.
    Cuando divides 1/137 = 0,0072992700729927…. un número simétrico y curioso. Pero quizás se aproxime más el 137.5 ya que éste es el numero del ángulo áurico. Cuando divides 1/137.5 = 0,00727272… (Periódico). El 72 es un número importante en muchas tradiciones religiosas antiguas que se relacionan a Dios (el universo).

  • Interesante artículo. Creo que valdría aclarar que la constante de estructura fina no es la única magnitud adimensional, sino que existen numerosísimas constantes adimensionales, que a diferencia de las constantes no adimensionales, como la velocidad de la luz, son números puros no asociados a magnitudes o unidades.
    Lo aclaro porque la referencia del artículo de Quanta parecería decir que la importancia de la constante de estructura fina es importante porque a diferencia de la velocidad de la luz, es adimensional. Ese no es el motivo de su importancia, porque como mencioné, existen numerosas constantes adimensionales. El motivo de su importancia es que cuantifica la fuerza de la interacción electromagnética entre las partículas cargadas elementales.