Referencia: News.Discovery.com .
por Jesse Emspak, LiveScience, 28 de abril 2013
La velocidad de la luz es constante, al menos eso es lo que dicen los libros de texto. Sin embargo, algunos científicos están explorando la posibilidad de que haya cambios cósmicos en este límite de velocidad, como consecuencia de la naturaleza del vacío del espacio.
La definición de la velocidad de la luz tiene consecuencias muy importantes para la cosmología y la astronomía, las cuales asumen una velocidad estable de la luz con el tiempo. Por ejemplo, la velocidad de la luz proviene de la medición de la constante de estructura fina(alfa), que define la intensidad de la fuerza electromagnética. Y una velocidad de la luz variable cambiaría las fuerzas de los enlaces moleculares y la densidad de la materia nuclear misma.
Una velocidad no constante de la luz podría significar que las estimaciones del tamaño del universo pueden estar equivocadas. (Por desgracia, no necesariamente significa que se pueda viajar más rápido que la luz, porque los efectos de las teorías físicas, como la relatividad, son una consecuencia de la velocidad de la luz).
Dos artículos, publicados en el journal Europeo de Física en marzo, intentan obtener la velocidad de la luz a partir de las propiedades cuánticas del mismo espacio. Ambos proponen mecanismos un tanto diferentes, pero la idea es que la velocidad de la luz podría cambiar a medida que se suponen alteraciones acerca de cómo las partículas elementales interactúan con la radiación. Ya se trate de un espacio que no está vacío, aunque haya una gran gran sopa de partículas virtuales que guiñan saltando dentro y fuera de la existencia en pequeñas fracciones de segundo.
Vacío cósmico y velocidad de la luz
El autor principal Marcel Urban de la Université du Paris-Sud, ve en el vacío cósmico, lo que a menudo se supone que es el espacio vacío. Las leyes de la física cuántica, que rigen las partículas subatómicas y todas las cosas muy pequeñas, dicen que el vacío del espacio está en realidad lleno de partículas fundamentales como los quarks, las llamados partículas "virtuales". Estas partículas de materia, siempre emparejadas con su pertinente antipartícula, asoman a la existencia y chocan casi de inmediato. Cuando las partículas de materia y antimateria se ponen en contacto, se aniquilan entre sí.
Los fotones de luz, mientras viajan por el espacio, son capturados y re-emitidos por estas partículas virtuales. Urban y sus colegas, proponen que las energías de estas partículas, en concreto la cantidad de carga que acarrean, afectan a la velocidad de la luz. Puesto que la cantidad de energía que tenga una partícula en ese momento golpeará al fotón de forma esencialmente aleatoria, el efecto sobre la velocidad de movimiento de los fotones podrá variar bastante.
En tal situación, la cantidad de veces que la luz necesita para cruzar una distancia dada debe variar como la raíz cuadrada de la distancia, aunque el efecto sería muy pequeño, puede que del orden de 0,05 femtosegundos por cada metro cuadrado de vacío. Un femtosegundo es una millonésima de una mil millonésima de segundo. La velocidad de la luz se ha medido en el último siglo con alta precisión, del orden de pocas partes por mil millones, por lo que está bastante claro que el efecto tiene que ser pequeño.
Para encontrar esta pequeña fluctuación, según los investigadores, se podría medir cómo se dispersa la luz a grandes distancias. Algunos fenómenos astronómicos, como las explosiones de rayos gamma, producen pulsos de radiación lo suficientemente lejos para que dichas fluctuaciones pueden ser detectadas. Los autores también proponen el uso de láseres que reboten entre espejos colocados a unos 100 metros de distancia, junto a un haz de luz que rebota entre ellos múltiples veces, a fin de localizar esos pequeños cambios.
Especies de partículas y velocidad de la luz
En el segundo artículo se propone un mecanismo diferente, aunque llega a la misma conclusión de los cambios en la velocidad de luz. En ese caso, Gerd Leuchs y Luis Sánchez-Soto, del Instituto Max Planck de Física de la Luz en Erlangen, Alemania, afirma que el número de especies de partícula elementales que existe en el universo puede ser lo que hace que la velocidad de la luz sea lo que es.
Leuchs y Sánchez-Soto dicen que debe haber, según sus cálculos, del orden de 100 "especies" de partículas con carga. La actual ley que rige en materia de física de partículas, el Modelo Estándar, identifica nueve: electrón, muón, tauon, los seis tipos de quarks, fotones y el bosón W.
La carga de todas estas partículas es importante para su modelo, ya que todas ellas están cargadas. Una cantidad, llamada impedancia, depende de la suma de esas cargas. La impedancia a su vez depende de la permitividad del vacío, o de cuánto se resiste a los campos eléctricos, así como su permeabilidad, o cómo soporta los campos magnéticos. Las ondas de luz están compuestas tanto de onda eléctrica como magnética, así que cambiar esas cantidades (permitividad y permeabilidad) cambiaría la medición de la velocidad de la luz.
"Hemos calculado la permitividad y la permeabilidad del vacío como la causada por esas efímeras virtuales y inestables partículas elementales", escribía Soto-Sánchez. "Y resulta, que a partir de un modelo tan sencillo se puede discernir que esas constantes contienen esencialmente contribuciones equivalentes de los diferentes tipos de pares de partícula-antipartícula cargadas eléctricamente: tanto de las conocidas como de las hasta ahora desconocidas para nosotros."
Ambos artículos dicen que la luz interactúa con pares virtuales de partícula-antipartícula. En el modelo de Leuchs y de Sánchez-Soto, la impedancia del vacío (la cual podría acelerar o reducir la velocidad de la luz) depende de la densidad de las partículas. La impedancia hace referencia a la ratio de los campos eléctricos y los campos magnéticos de la luz; cada onda de luz se compone de dos tipos de campo, y su valor medido, junto con la permitividad del espacio a los campos magnéticos, gobierna la velocidad de la luz.
Algunos científicos son un poco escépticos. Jay Wacker, un físico de partículas en el Laboratorio del Acelerador Nacional SLAC, dijo que no estaba seguro acerca de que las técnicas matemáticas utilizadas, y que parecía que en ambos casos los científicos no estaban aplicando las herramientas matemáticas de una forma adecuada.
"La forma correcta de hacer esto es con los diagramas de Feynman", dijo Wacker. "Es una interesante cuestión (la velocidad de la luz)", agregó, pero los métodos utilizados en estos documentos probablemente no son suficientes para investigarlo.
La otra cuestión es que si en realidad hay un montón de otras partículas más allá de las reconocidas por el modelo estándar, entonces esta teoría necesita una revisión seria. Pero hasta ahora, sus predicciones han aguantado, en particular, con el descubrimiento del bosón de Higgs. Esto no significa que no haya más partículas que puedan encontrarse, pero es posible que actualmente esas energías sean alcanzables con los aceleradores de partículas, y aunque sean muy pesadas, es posible que sus efectos se hayan demostrado en otros lugares .
- Imagen: Algunos científicos están explorando la posibilidad de que existan cambios en el límite de velocidad cósmica. iStock.
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