Лазерный мир

Одной из главных задач физики по изучению вселенной стоит понимание: всегда ли законы физики были одинаковы, в частности до и после Большого взрыва? Конкретно им интересно узнать, менялось ли значение постоянной тонкой структуры. Эта константа определяет характер взаимодействий между электромагнитным излучением и материей.

По последним подсчетам, она равна дроби, где в знаменателе один, а в числителе 137,035. Однако, как показывают наблюдения за белыми карликами и далекими квазарами, во время юности Вселенной она могла быть другой.

Для того, чтобы вычислить значение константы более точно, группа ученых из Франции наблюдала за тем, с какой скоростью начинает двигаться атом рубидия, подсвеченный лазером с четко выверенной мощностью, размерами и формой. Исследователи решили выразить константу с помощью косвенных величин: они охладили атомы рубидия или цезия до температуры, близкой к абсолютному нулю, а потом наблюдали за тем, как те взаимодействуют с частицами света.

После этого они с помощью лазера измерили с какой скоростью движется атом, с помощью чего измерили его массу. Дальше это значение используется для вычисления массы электрона: она позволяет определить, насколько крепко он связан с атомом. Через это соотношение и можно вычислить постоянную тонкой структуры.

Благодаря этому ученые утроили точность вычислений и получили значение постоянной тонкой структуры с рекордно низкой погрешностью в 80 частей на триллион. По их подсчетам, это значение составляет единицу, разделенную на 137.035999206(11).

Это значение вполне совпадает с теорией о взаимодействии всех элементарных частиц, однако сильно расходится с предыдущими оценками константы. Физики надеются, что дальнейшие эксперименты помогут узнать, в чем причина этого, и позволят ученым впервые проверить, обладают ли электроны такими же аномальными магнитными свойствами, как и мюоны, их тяжелые аналоги.

Источник: https://hightech.fm/2020/12/03/constant-fine-structure