ثابت ساختار ریز یک ثابت اساسی طبیعت است و اندازه گیری آن در فیزیک بسیار مهم است. اخیراً محققان دانشگاه TU Wien روشی منحصر به فرد برای اندازه گیری آن کشف کرده اند.
به گزارش تکناک، نسبت عدد یک به عدد137 که به عنوان ثابت ساختار ظریف نیز شناخته می شود، یک عدد مهم در فیزیک در نظر گرفته می شود و نقش مهمی در فیزیک اتمی و ذرات دارد.
در حالی که به طور سنتی ثابت ساختار ریز به طور غیر مستقیم از طریق محاسبات و اندازهگیریهای دیگر کمیتهای فیزیکی اندازهگیری میشود، محققان در TU Wien آزمایشی را توسعه دادهاند که امکان اندازهگیری مستقیم ثابت ساختار ریز را در قالب یک زاویه فراهم میکند.
1/137؛ رمز مخفی جهان
ثابت ساختار ریز قدرت برهمکنش الکترومغناطیسی را توصیف می کند. این نشان می دهد که ذرات باردار قوی مانند الکترون ها چگونه به میدان های الکترومغناطیسی واکنش نشان می دهند. اگر ثابت ساختار ظریف مقدار متفاوتی داشت، جهان ما کاملاً متفاوت به نظر می رسید، اتم ها اندازه متفاوتی داشتند، بنابراین همه شیمی ها متفاوت عمل می کردند، و همجوشی هسته ای در ستارگان نیز کاملاً متفاوت بود.
یک سوال بسیار مورد بحث این است که آیا ثابت ساختار ریز واقعاً ثابت است یا اینکه احتمالاً مقدار آن در طی میلیاردها سال تغییر یافته است.
اندازه گیری مستقیم به جای محاسبات
پروفسور آندری پیمنوف از موسسه فیزیک حالت جامد در TU Wien میگوید: بیشتر ثابتهای فیزیکی مهم یک واحد مشخص دارند. برای مثال، سرعت نور، که میتوان آن را بر حسب واحد متر در ثانیه داد. این با ثابت ساختار ریز متفاوت است. واحد ندارد، فقط یک عدد است و بدون بعد است.
اما معمولاً وقتی ساختار ریز اندازهگیری میشود، باید کمیتهای مختلف با واحدهای فیزیکی متفاوت اندازهگیری شود و سپس مقدار ثابت ساختار ریز از این نتایج استنتاج میشود. آندری پیمنوف میگوید: از سوی دیگر، در آزمایش ما، خود ثابت ساختار ظریف مستقیماً قابل مشاهده است.
یک لایه نازک که نور را می چرخاند
یک پرتو لیزر به صورت خطی قطبی شده است و نور دقیقاً در جهت عمودی نوسان می کند. سپس پرتو به لایه ای از ماده خاصی برخورد می کند که تنها چند نانومتر ضخامت دارد. این ماده خاصیت تغییر جهت قطبش نور را دارد. ماده ای که قطبش پرتو لیزر را می چرخاند، به خودی خود هیچ چیز غیرعادی نیست.
مواد مختلف می توانند این کار را انجام دهند. هر چه لایه ماده ضخیم تر باشد، قطبش لیزر بیشتر می چرخد. اما ما در اینجا با یک اثر کاملاً متفاوت سروکار داریم. آندری پیمنوف توضیح می دهد. در مورد ما، قطبش به طور مداوم نمی چرخد، بلکه می پرد.
هنگام عبور از لایه نازک، جهت قطبش نور یک پرش کوانتومی انجام می دهد. موج نور پس از عبور در جهتی متفاوت از قبل در نوسان است و هنگامی که اندازه این پرش محاسبه می شود، نتیجه شگفت انگیزی ظاهر می شود: کوانتوم این تغییر زاویه ای دقیقاً ثابت ساختار ظریف است.
آندری پیمنوف میگوید: بنابراین ما دسترسی مستقیم به چیزی کاملاً غیرمعمول داریم که کوانتومی از چرخش می باشد و در ادامه ثابت ساختار ریز بلافاصله به صورت یک زاویه قابل مشاهده می شود.
