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» » El cociente entre la masa del protón y del electrón es constante desde hace 7000 millones de años


Dibujo20121214 new result based on methanol molecule

Mucha gente cree que las constantes fundamentales de la física podrían haber cambiado durante la expansión del universo, desde los primeros instantes de la gran explosión (big bang). Las medidas cosmológicas pueden restringir estas variaciones. Se publica en Science el mejor límite a la variación del cociente entre la masa del protón y del electrón, sea μ=mp/me, obtenido gracias a observaciones radioastronómicas de gran precisión del espectro del metanol (CH3OH) en la lente gravitatoria PPKS1830-211 (que tiene z=2,5), en concreto ∆μ/μ = (0,0 ± 1,0) × 10−7 para corrimientos al rojo de z = z=0,88582, es decir, hace 7 mil millones de años. Este límite significa que entonces el cociente entre la masa del protón y del electrón era igual que en la actualidad. El metanol es muy abundante en el universo y en nuestra galaxia se han identificado más de 1000 líneas de su espectro, pero las búsquedas de las líneas de absorción del metanol en galaxias muy lejanas ha sido infructuosa, salvo en la lente gravitacional PKS1830-211 utilizada en este estudio (que no es el primero); en la galaxia responsable de esta lente gravitacional se han observado las líneas de absorción moleculares de unas 30 moléculas. La importancia de esta medida es que nos permite estudiar la evolución del cociente entre las interacciones nuclear y electrodébil. Con anterioridad se habían tenido medidas de ∆μ/μ utilizando las líneas espectrales del hidrógeno molecular (H2) y del amoniaco (NH3) pero el metanol ofrece una medida más robusta ante errores sistemáticos y un límite más preciso. El artículo técnico es Julija Bagdonaite et al, “A Stringent Limit on a Drifting Proton-to-Electron Mass Ratio from Alcohol in the Early Universe,” Science Express, Dec. 13, 2012.
El modelo estándar de la física de partículas contiene más de 20 constantes fundamentales cuyo valor no tiene ninguna explicación dentro de la teoría, por lo que han de ser medidos mediante experimentos. Por ello, el modelo estándar no prohíbe que estas constantes fundamentales varíen con el tiempo durante la expansión del universo. El problema de estudiar esta posible variación con el tiempo es que requiere utilizar un modelo cosmológico, es decir, asumir la validez de la teoría de la relatividad general de Einstein hasta los primeros instantes de la gran explosión. Bajo esta hipótesis se pueden estudiar muchos constantes fundamentales en el pasado utilizando medidas de alta precisión de las líneas espectrales de los átomos a altos corrimientos al rojo (z>1).
Dibujo20121214 gravitational lens PKS 1830-211


Los más interesantes han sido los resultados de las medidas de la constante de estructura fina α. Para corrimientos al rojo entre 0,2 < z < 3,7 se observa Δα/α = (-0,6 ± 0,1)×10-5, lo que algunos interpretan como una variación lenta en el tiempo de (6,4 ± 1,4)×10-16 al año, mientras otros recalcan que es un valor compatible que la ausencia de variación (John K. Webb et al., ”Search for Time Variation of the Fine Structure Constant,” Phys. Rev. Lett. 82: 884-887, 1999; M. T. Murphy et al., “Further evidence for a variable fine-structure constant from Keck/HIRES QSO absorption spectra,” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 345: 609-638, 2003). 
También se han medido las variaciones espaciales de Δα/α, apareciendo una estructura de tipo dipolo con amplitud (0,97 ± 0,22)×10-5, en la dirección RA = 17,3 ± 1,0 h y Dec. =−61°± 10°, con una significación estadística de 4,1 σ con respecto a un modelo monopolar (J. K. Webb et al., “Indications of a Spatial Variation of the Fine Structure Constant,” Phys. Rev. Lett. 107: 191101, 2011; Julian A. King et al., “Spatial variation in the fine-structure constant – new results from VLT/UVES,” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 42: 3370-3414, 2012).


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