Екип френски физици наскоро проведе най-точното измерване досега на константата на фината структура, която характеризира силата на взаимодействие между светлината и заредените елементарни частици като електроните.
Физиците успявата да определят този параметър с точност до 11 знака след десетичната запетая, подобрявайки точността спрямо предишното измерване 3 пъти.
Учените постигат тази прецизност, като усъвършенстват експерименталната си настройка, в опит да намалят неточностите и да контролират ефекти, които могат да създадат смущения в измерването.
Експериментът включва студени атоми на рубидий с температура, близка до абсолютната нула.
Когато поглъщат фотони, тези атоми се отдръпват със скорост, която зависи от тяхната маса. Високо прецизното измерване на това явление помага да се подобрят познанията за константата на фината структура.
Процес за измерване на константата на фината структура. Морел и колегите му отчитат много точно константата на фината структура - физическата константа, която определя силата на електромагнитната сила между елементарните частици. а. При измерването на тази константа лазерен лъч светлина кара атом да отскочи. Червеният и синият цвят съответстват на върховете и падовете на светлинната вълна, съответно. Кинетичната енергия на отката се използва за извеждане на масата на атома. b. Стойността на масата на атома след това се комбинира с точно известното съотношение на масата на атома към масата на електрона 4.5, за да се изведе масата на електрона. с. И накрая, масата на електрона и енергията на свързване на водородния атом се използват за определяне на константата на фината структура. Енергията на свързване е известна от спектроскопия, при което се анализира светлината, излъчвана от водороден атом. Кредит: Morel et al.
Тази константа описва електромагнитното взаимодействие и е една от най-загадъчните във физиката. В различните части на Вселената е различна.
Константата на фината структура е въведена през 1916 г. от германския физик Арнолд Зомерфелд. Тя характеризира така наречената фина структура - малката празнина между две линии в спектъра на определени атоми. Това разделяне възниква поради взаимодействието на електроните помежду им, в резултат на което честотите в спектъра на атома са разделени на няколко нива.
Кредит: Computational Physics Inc.
На снимката се виждат близко разположените честоти в интерферометър на Фабри-Перо.
Стойността на константата на фината структура показва силата на електромагнитното взаимодействие. Интересното е, че изследванията на физиците от 21-ви век показват възможността за промяна на тази константа във времето. По-специално, използвайки телескопа VLT, учените откриват че по-рано тази стойност може да бъде или по-голяма или по-малка от текущата стойност. Освен това намаляването или увеличаването зависи от това коя област на Вселената е била наблюдавана от физиците.
Константата на фината структура е безразмерна. Тя е чисто число, което оформя Вселената до удивителна степен - „магическо число, което идва при нас, без да го разбираме“, както го описа Ричард Файнман. Пол Дирак смята произхода на числото „за най-фундаменталния нерешен проблем на физиката“.
Числово константата на фината структура, обозначена с гръцката буква α (алфа), се доближава много до съотношението 1/137. Често се появява във формули, управляващи светлината и материята.
„Тя е като златното сечение за архитектурата“, коментира Ерик Корнел (Eric Cornell), носител на Нобелова награда физик от Университета на Колорадо, Боулдър и Националния институт за стандарти и технологии. "Във физиката на нискоенергийната материя - атоми, молекули, химия, биология - винаги има съотношение" между по-големите и по-малките неща, отбелязва физикът. „Тези съотношения обикновено са степен на константата на фината структура.“
Константата на фината структура е компонент на много физически теории, включително Стандартния модел. Ето защо е важно за изследователите да знаят най-точната стойност на този параметър, за да опишат по-добре процесите, протичащи във Вселената.
Справка:
Determination of the fine-structure constant with an accuracy of 81 parts per trillion
Léo Morel, Zhibin Yao, Pierre Cladé & Saïda Guellati-Khélifa
Nature volume 588, pages61–65(2020), DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2964-7
Източник:
Researchers improve the measurement of a fundamental physical constant, CNRS
Standard model of particle physics tested by the fine-structure constant, Holger Müller, Nature
Physicists Nail Down the ‘Magic Number’ That Shapes the Universe, Natalie Wolchover, Quanta magazine
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари