Un límite a la variación de masa de las partículas en 7500 millones de años

Anillo de Einstein de PKS 1830-211 | Imagen: MERLIN
Anillo de Einstein de PKS 1830-211 | Imagen: MERLIN

¿Varía con el tiempo la masa del protón? No me refiero a lo que refleja Wikipedia en la que, por ejemplo, el valor que aparece en la versión española es de 1,672621637(83)×10−27 kg, en la francesa 1,672623×10-27, en la italiana 1,67262171(29)×10−27, mientras que en la versiones japonesa, alemana o inglesa es 1.672621777(74)×10−27 .Por cierto, este último valor es el que corresponde con el último oficial en el momento de escribir esta anotación.

Como decía, no me refiero a la precisión con la que podemos medir la masa del protón o al ritmo con el que se actualizan o dejan de hacerlo las distintas versiones de una enciclopedia. Sino a si la masa del protón que medimos hoy es la misma que hace cinco mil millones de años o más. ¿Y la masa del electrón? Porque si las interacciones entre las fuerzas fundamentales cambiaron radicalmente al comienzo del universo, en concreto el acoplamiento entre la nuclear fuerte y la electromagnética, nada impide que al menos en teoría, estén cambiando con el tiempo, lo que afectaría a las masas de estas partículas, ya que buena parte de la masa del protón viene dada por las interacciones de los quarks en forma de gluones de la interacción fuerte.

Son preguntas interesantes pero la respuesta no es precisamente obvia. Habría que medir de alguna manera cómo eran las masas de estas partículas hace miles de millones de años. ¿Se le ocurre al amable lector como podría hacerse?

Viajar al pasado remoto es posible con sólo mirar al cielo. La existencia de un límite a la velocidad con la que la luz puede viajar en el vacío hace que cuando observamos una estrella o una galaxia veamos la luz que emitió hace minutos, años o miles de años. Por ejemplo, la luz que vemos de la galaxia PKS 1830–211 formando un anillo de Einstein salió de ella hace 7.500 millones de años. ¿Pero cómo determinar la masa del protón o del electrón en una galaxia que está a 7.500 millones de años luz de la Tierra? Dicho así, es difícil, pero no lo es tanto (relativamente hablando) determinar la relación entre las masas de ambos.

Efectivamente, las masas relativas de protón y electrón afectan a las energías de rotación de una molécula. Basta por tanto localizar una molécula conveniente en una galaxia como PKS 1830–211 y medir sus energías rotacionales para, a partir de ahí, determinar la relación entre las masas de protón y electrón.

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Esa molécula conveniente es el metanol (CH3OH), el alcohol más simple. Pero la medición de las 17 energías rotacionales posibles no es tan sencilla como pudiera parecer. El equipo de Julija Bagdonaite, de la Universidad de Amsterdam (Países Bajos) lleva años intentando medirlas y analizando los datos. A finales de 2012 publicaron un avance de los resultados con los datos del radiotelescopio Effelsberg de 100m. Ahora aparecen en Physical Review Letters los datos completos con las mediciones realizadas también con el radiotelescopio de 30 m del Institute de Radio Astronomie Millimétrique y el Large Millimeter/submillimeter Array de Atacama. Y la conclusión (bastante robusta) es que si la relación entre las masas del protón y el electrón ha cambiado, lo ha hecho en menos de una parte en 10 millones en los últimos 7.500 millones de años.

Referencia:

Bagdonaite J., Daprà M., Jansen P., Bethlem H.L., Ubachs W., Muller S., Henkel C. & Menten K.M. (2013). Robust Constraint on a Drifting Proton-to-Electron Mass Ratio at z=0.89 from Methanol Observation at Three Radio Telescopes, Physical Review Letters, 111 (23) DOI:


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