La constante de estructura fina del universo
La constante de estructura fina, también conocida como constante de Sommerfeld debido a que fue introducida por el físico alemán Arnold Sommerfeld en 1916, es una constante fundamental del universo que caracteriza la interacción electromagnética entre partículas elementales cargadas representando la fuerza de la interacción entre electrones y fotones.
Es una constante adimensional típicamente denotada por la letra griega “alfa” y su valor numérico es aproximadamente 1/137. Es igual al cuadrado de la carga del electrón dividida entre el producto de la velocidad de la luz y la constante reducida de Planck. Esta constante se ha medido con una precisión de 0.70 partes por mil millones.
La importancia de esta constante es que dependiendo de su valor se descarta o no la existencia de una estructura interna para el electrón. Como ejemplo: Ahora sabemos que otras partículas que anteriormente se pensaba que eran elementales, como los protones y neutrones, en realidad están formadas por partículas aún más pequeñas llamadas “quarks”. Actualmente se piensa que los electrones son verdaderas partículas elementales; es decir, sin ninguna estructura interna y esto a su vez es un requerimiento del Modelo Estándar de la física de partículas elementales.
Todo esto justifica el interés por medir con la máxima precisión posible a la constante de estructura fina del universo. El pasado 13 de abril fue reportado por científicos de la Universidad de California en Berkeley (R.H. Parker et al. Measurement of the fine-structure constant as a test of the Standard Model, Science, Vol. 360, April 13, 2018, p. 191) la más precisa medición de esta constante hecha hasta el momento.
Este resultado muestra que hipotéticas partículas llamadas “fotones oscuros” en realidad no existen. Típicamente las mediciones de esta constante se hacían de modo indirecto a partir de las propiedades magnéticas del electrón, complementado estos resultados con complejos cálculos teóricos y computacionales para a partir de esto inferir el valor de la constante. Lo novedoso de la medición reportada es que se hace de un modo más directo utilizando pulsos láser dirigidos a átomos de cesio.
Si el resultado obtenido hubiera sido muy diferente del resultado actualmente aceptado esto hubiera sido una señal indicando la posible estructura interna del electrón así como la existencia de otras partículas. Ahora sabemos que esto no es el caso. De hecho, a partir de las más actuales mediciones experimentales y modelos teóricos podemos afirmar que el electrón no tiene estructura interna, ni existen las hipotéticas partículas llamadas “fotones oscuros”.
Es importante subrayar que algunos científicos no creen que las llamadas constantes del universo (e.g. la carga y masa del electrón, la velocidad de la luz, etc.) sean en realidad constantes. De hecho, en 2010 el científico John Webb publicó un artículo sugiriendo que algunas constantes cambian su valor a lo largo de millones de años, pero su resultado no ha sido corroborado por nadie.