¿Es constante la constante de estructura fina?

Otra cosa que cambiaría con una constante de estructura fina variable sería que alteraría casi todos los fenómenos mediados electromagnéticamente. Todos los espectros de los átomos cambiarían. Lo que también cambiaría sería la temperatura a la que los átomos ya no pueden retener sus electrones, ya que cambiaría la fuerza de atracción entre los electrones y el núcleo. Esto cambiaría entonces el corrimiento al rojo en el que el universo se vuelve transparente. El resultado final sería que la radiación cósmica de fondo provendría de un momento diferente en la historia del universo de lo que se pensaba. Esto tendría consecuencias para los valores de los parámetros cosmológicos.

Sin embargo, una vez que modifica los fenómenos en esta etapa de la historia del universo, debe tener mucho cuidado de no alterar las predicciones actuales sobre la cantidad de hidrógeno, helio y elementos pesados ​​​​que hay en el universo (mientras que la creación de núcleos depende principalmente de la fuerte interacción, el electromagnetismo tiene algo que ver con la determinación de las energías finales de los núcleos, por lo que no se puede ignorar por completo: cambiar la constante de estructura fina cambia estas secciones transversales). La teoría actual predice estas cosas con gran precisión, y cambiar las cosas, en particular los parámetros de física de partículas que gobiernan la duración de la era de neucleosyntheis (que se superpone, pero es un subconjunto del tiempo en el que el universo es opaco) potencialmente hace que estas observaciones no estar de acuerdo con la teoría.

Muchas mediciones muy precisas parecen implicar que la constante de estructura fina ha sido totalmente constante, dentro del margen de error, desde el Big Bang. Y los pocos experimentos que sugirieron lo contrario tienen problemas. Teóricamente, es probable que la constante de estructura fina sea completamente constante.

Sin embargo, si imagina que la constante de estructura fina cambia un poco, muchas cosas se vuelven diferentes. Por ejemplo, la estabilidad y la vida útil de los neutrones y los núcleos cambiarán abruptamente. La constante de estructura fina modificada también influirá en muchas otras "constantes" que definen la física de partículas, como las proporciones de las masas de las partículas, las constantes de estructura fina para otras fuerzas, los ángulos de mezcla y otras, pero tendría que describir qué (adimensional parámetros) que desea mantener fijos mientras cambia la constante de estructura fina.

Desde un punto de vista "antrópico", es importante notar que la química (menos la física nuclear, el cuidado de los isótopos, etc.) no se vería afectada en gran medida. Es porque los átomos existen en el límite no relativista, y la constante de estructura fina solo determina la (estimación del orden de magnitud de) la velocidad de los electrones en los átomos. Debido a que la constante de estructura fina es mucho más pequeña que uno, los electrones en los átomos pueden aproximarse mediante mecánica no relativista. Eso seguiría siendo cierto si, por ejemplo, duplicara la constante de estructura fina. Entonces, las proporciones de las frecuencias atómicas, etc. permanecerían prácticamente sin cambios, incluso si duplicara el alfa, hasta pequeñas correcciones y divisiones de las líneas espectrales (que se denominan estructura fina por una buena razón).

Incluso es plausible que moléculas tan complicadas como el ADN puedan continuar funcionando sin verse afectadas incluso si alfa cambiara en muchos por ciento o docenas de por ciento, a pesar del hecho de que el funcionamiento del ADN depende de pequeñas diferencias detalladas en la energía. Si las unidades se redefinieran correctamente, el mundo de la bioquímica prácticamente no cambiaría. Sin embargo, eso se debe a que la electrodinámica cuántica con electrones solo depende de un parámetro dimensional, la masa del electrón, y uno adimensional, la constante de estructura fina que además define una escala diferente para el espacio y el tiempo en el límite no relativista. Si considerara el comportamiento de la física de alta energía que tiene muchas otras partículas elementales, un cambio de alfa seguramente marcaría la diferencia.

Mis mejores deseos Lubos

Esta es una idea puramente especulativa, pero me parece que la "constante" de estructura fina es en realidad una medida de la compresibilidad del vacío. En una teoría de la gravedad cuántica, la estructura del vacío (en la que se definen los campos cuánticos) y la de la geometría de fondo están necesariamente interrelacionadas, en el sentido de que el vacío puede considerarse como un condensado de excitaciones geométricas cuánticas.

Si la geometría a gran escala del universo puede realmente describirse en términos de tal condensado, entonces las propiedades materiales del condensado mostrarían fluctuaciones a lo largo de largas distancias. Uno de ellos sería la compresibilidad al "vacío" o$\alpha$.

Caveat Emptor: Hay algunas nociones clave que deben desarrollarse antes de que el argumento anterior pueda comenzar a sostenerse por sí solo. Estos son:

1. ¿Qué es un "condensado geométrico cuántico" y por qué el vacío del modelo estándar debería tener tal descripción?
2. Elucidación del sentido preciso en que se puede pensar en$\alpha$como una medida de la compresibilidad (o alguna otra característica "material") del estado fundamental del condensado resultante.

La primera proposición es una en la que creo firmemente, sobre todo por lo que he aprendido a través de mi propia investigación. El segundo es algo en lo que estoy confuso en este momento, aunque tengo una fuerte intuición de que tal descripción existe e incluso es natural.

Me doy cuenta de que, en ausencia de una explicación más clara de estos dos temas, le pido al lector que crea en mi razonamiento basado más en una "intuición" que en cualquier otra cosa. Esto podría ser demasiado difícil de digerir para algunos. Sin embargo , si por alguna razón, está dispuesto a dar algo de crédito a esta línea de razonamiento, entonces una variación cosmológica en$\alpha$es casi inevitable.