Specifikációja finom szerkezetű konstans • • Alex Levin tudomány hírek „elemek» • Fizika
A finom szerkezet állandó - jelöli a görög betű „alfa» (α) - vezették be a német fizikus, az elméleti Arnold Sommerfeld 1916 év eljövetele előtt a kvantummechanika. A Sommerfeld, ő meg a számítások, leírja a dublett felosztása energiaszintek (és ezért a spektrális vonalak) egy hidrogén-Bohr atom modell miatt relativisztikus hatások. E szétbontás úgynevezett finom szerkezete a spektrum, innen a név a konstans. Később kiderült, hogy ez okozta közötti kölcsönhatás az orbitális és a spin impulzusmomentumok az elektron, ami önmagában egy relativisztikus hatást.
1916-ban, a koncepció a centrifugálás nem létezett, és Sommerfeld szereztek eredmények kiszámításához az energia az elektron a legközelebbi arányának négyzetével való lineáris sebesség v (ami még mindig határozzuk meg tisztán klasszikus) a fény c sebességgel. (V / C) 2. Ezeknek a számításoknak a finom struktúra állandó lépett, mint az arány a sebessége az elektron az alsó körpályán a fény sebessége. A CGSE Mértékegységrendszer segítségével rögzíti egyszerű képlet:
Itt, e - a töltés egy elektron, c - fénysebesség, - a redukált Planck-állandó, vagy konstans Dirac (. = H / 2π ahol h - Planck állandó kapcsolatban a nagysága az elektromágneses sugárzási teljesítmény annak gyakorisága.). α - egy dimenzió nélküli mennyiség, számérték nagyon közel van 1/137.
A fizikai értelemben vett finom szerkezetű állandó drámaian megváltozott, mivel a fejlesztés kvantumelektrodinamika. Ebben az elméletben az elektromosan töltött részecskék kölcsönhatásba cseréje révén virtuális fotonok. A finom szerkezet állandó ott fordul elő, mint egy dimenzió paraméter, amely jellemzi az intenzitása a kölcsönhatást.
Sehol a szerepe a „alfa” nyilvánul számításánál különböző hatások révén Feynman diagramok. amelyek az elsődleges módszere közelítő számítások kvantumelektrodinamika. Minden csúcs Feynman diagramok hoz egy kiszámított számértéke az amplitúdó a folyamat faktor egyenlő a négyzetgyöke alfa. Mivel felmerülő kiszámítása belső vonalak két vége van, hozzáadjuk az egyes ilyen vonal ad olyan tényező, amely arányos az alfa. Ez annak köszönhető, hogy a kicsinysége a finom szerkezetű állandó kvantumelektrodinamika lehet közelítő számítások, bővíti a számított értékek a soraiban hatáskörét. Igaz, számolás néhány diagramok ad a végtelent, de kvantumelektrodinamika, akkor lehet megsemmisíteni egy úgynevezett renormálás (ez azonban részlet).
A késő 60-es években a kvantumelektrodinamika szerezni általánosítása az egységes elmélet elektrogyenge kölcsönhatás. Ebben az elméletben, az „alfa” arányosan növekszik a logaritmusát a jellemző energia a fizikai folyamat, és ezért már nem állandó. Sommerfeld képlet felel meg a határérték „Alpha” a lehető legalacsonyabb energiáit elektromágneses kölcsönhatás. Mivel a legtöbb könnyű részecskék elektromos töltés elektronokat és pozitronokat, ez a minimum megvalósíthatók egy energia egyenlő a elektron tömeg, szorozva a tér a fény sebessége. Egyesek szerint a hipotézist, alfa is függhet időben, de ez még nem bizonyított.
Köztudott, hogy a mágneses momentuma az elektron arányos a hátán a Bohr magneton. A relatív arányosság általában jelöljük latin betű g. Szerint a relativisztikus elektron elmélet fogalmazott 1928-ban Paul Dirac, g = 2. Ez az érték két évtizedben biztosra venni, de 1948-ban Polycarp Kusch és Henry Foley kísérletileg bebizonyították, hogy g körülbelül egyenlő 2.002. Egyidejűleg, az egyik az alkotók kvantumelektrodinamika Julius Schwinger kapott ugyanazt az összeget elméletileg. Kvantumelektrodinamika magyarázza meghaladó g-faktor értéke a Dirac, hogy a mágneses pillanat nőtt a születés a virtuális részecskék és vákuumban polarizáció. Mivel g-faktor-szerese a kísérletben mért, és számítottuk egyenletek alapján a kvantumelektrodinamika, minden egyes alkalommal az eredmények egybeesett egyre nagy pontossággal. 1987-ben Hans Dehmelt és kollégái mért a g-faktor négy billió amelyre két évvel később Hans Dehmelt-ben elnyerte a Nobel-díjat.
Számítások Kinoshita és Nio hagyjuk benyújtja G faktor, mint egy véges Taylor-sor, a végződés egy tagja, arányos a negyedik foka a finom struktúra állandó α. A kísérleti igazolása a pontosság az értékek Dehmelt csoport eredménye nem volt megfelelő. Gabriel és csoportjának minden tagja, hogy újra mérni a g-faktor egy eszköz, amit az úgynevezett egy-elektron ciklotron.
Ez az eszköz jött létre Gabrielsom és Stephen Paley végén az elmúlt évtizedben, és azóta folyamatosan javult. Ez egy kis vezetőképes üreg, ahol segítségével változó elektromágneses mezők zárva egyetlen elektron (valójában, ez a módosítás régóta ismert eszköz úgynevezett Penning csapda). Amikor mért kapcsolva mágneses mező tengelyének irányába a műszer. A jelenléte ezen a területen okoz az elektronok mozogni egy spirális a ciklotron gyakorisága fc, és ugyanabban az időben, hogy előrehalad a szántóföld körül vektor gyakorisággal fs.
Az elmélet szerint a, g Deuce faktor meghaladja az értéke egyenlő (fs - fc) / fc. A számláló és a nevező e frakcióból kísérleti úton határozzuk meg. Ezek a mérések igényelnek rendkívül pontos kiszámítása a belső üreg a csapda geometriája és lehűtés 0,1 K - szükséges volt, hogy biztosítsák a stabilitást a elektron kering, mivel a méréseket végeztünk számos órán át. Kísérletezők kellett még figyelembe venni a relativisztikus korrekciók, annak ellenére, hogy rendkívül kicsi, mivel nagyon kicsi az energiája az elektron.
Végső soron, a kísérlet adott g / 2 érték = 1,00115965218085, és egy lehetséges hiba nem haladja meg 0760000000000 (azaz, a pontosság javul hatszoros Dehmelt csoport). Ez az érték g-faktor és ki lehet számítani az alfa-érték, amely egyenlő volt 1 / 137,035999710 egy hiba körülbelül 0,7 ppb (tízszeresére javulást, mint a korábbi eredmények).
Egy ilyen jelentős pontosítás a becsült értékeinek folyamatos vékony szerkezetet lehetővé teszi, hogy azonosítsa a határait kvantumelektrodinamika. Ez azon a feltételezésen alapul, hogy egy elektron és egy pozitron pontszerű részecskék. Ha szerint néhány hipotézist, az elektron és pozitron belső szerkezetük van, meg kell befolyásolhatja a alfa érték. (Azonban a finom szerkezetű is egy nagyon kis kiegészítés által okozott erős és gyenge kölcsönhatás, de a fizika csoportból Gabrielsa hitték, hogy lehet figyelembe venni).
Most fizikusok ismét a lehető legszorosabban kell mérni a finomszerkezeti állandó más módon (ez készül, például az ilyen szilárdtest-jelenségeket, mint például Josephson-effektus és a kvantum Hall-hatás, valamint szórási fotonok atomok rubídium), és összehasonlítjuk a kapott eredményeket az értékelés Gabrielsa csoportot . Ki tudja, mi fog történni?