La simetría de Lorentz

El pasado trece de marzo se dieron a conocer en la prestigiada revista científica “Nature”, resultados experimentales probando la teoría de la relatividad de Einstein utilizando un par de relojes atómicos ultra precisos (ver: C. Sanner et al. Optical clock comparison for Lorentz symmetry testing, Nature, March 13, 2019), el objetivo fue probar la llamada simetría de Lorentz.

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Por: VIcente Aboites

El pasado trece de marzo se dieron a conocer en la prestigiada revista científica “Nature”, resultados experimentales probando la teoría de la relatividad de Einstein utilizando un par de relojes atómicos ultra precisos (ver: C. Sanner et al. Optical clock comparison for Lorentz symmetry testing, Nature, March 13, 2019), el objetivo fue probar la llamada simetría de Lorentz.

Para entender esto imagine que usted es Dios y que decide crear un universo. Al momento que usted (Dios) diga: “¡Que se hagan las leyes de la física!”, enfrentará un gran problema pues las leyes de la física del universo por usted creado deberán de ser las mismas para todo el universo independientemente de donde se encuentre cualquier observador. A menos que usted desee que las leyes de la física de su universo cambien dependiendo de en qué lugar se encuentre y en qué dirección se mueve un observador.  Esto último lo enfrentaría a tremendos problemas.

La forma más equitativa y justa de proceder es hacer que las leyes de la física sean las mismas para todos los observadores posibles. Los físicos llaman a esta equidad de las leyes de la física “simetría” y la simetría que requiere que todas las leyes de la física sean las mismas para todos los observadores se conoce como “simetría de Lorentz”.

Todas las simetrías en la física están relacionadas a la conservación de cantidades como energía, momento, carga, etc., sin embargo el rompimiento de una simetría es también un evento de enorme importancia. Por ejemplo, el rompimiento de la llamada “simetría electro-débil” es responsable de la generación de masa en el Modelo Estándar de la física de partículas. Otros ejemplos interesantes de rompimiento de simetría se encuentran en estudios de magnetismo y de superconductividad.

En 1905 Albert Einstein utilizó la simetría de Lorentz para describir las leyes de la física en el universo. Esta simetría es un postulado de la teoría de la relatividad especial y se asume que las leyes de la física y la velocidad de la luz son las mismas para todo observador en reposo o movimiento uniforme no acelerado.

De hecho las ecuaciones de transformación de Lorentz fueron derivadas un año antes que Einstein lo hiciera por el físico Hendrik Antoon Lorentz cuando trató de explicar los resultados negativos del famoso experimento de Michelson-Morley, pues Lorentz erróneamente suponía que algo llamado “éter” inunda al universo. Sin embargo las ecuaciones de transformación de Lorentz son las mismas que las obtenidas por Einstein en su teoría de la relatividad.

El experimento realizado para probar la simetría de Lorentz utilizó dos relojes formados por iones de iterbio que absorben y emiten luz a una frecuencia específica. Los iones de los relojes al ser orientados en diferentes direcciones continuamente rotan junto con nuestro planeta. El objetivo era detectar si el “tic,  tac” de los relojes se modificaba dependiendo de la orientación de los relojes pero no se detectó nada, por tanto se confirma la simetría de Lorentz dentro del error experimental. Aunque esta simetría ha sido confirmada en repetidas ocasiones se predice que eventualmente, al incrementar la precisión, habrá un rompimiento de simetría. Esto es una predicción de las teorías de gravedad cuántica que hasta el momento no se ha probado y es la razón por la cual continúa el trabajo experimental sobre la simetría de Lorentz.

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