Ein Team von vier Physikern berichtete über die bisher genaueste Messung einer fundamentalen Konstante des Universums - die sogenannte Feinstrukturkonstante - mit der dreifachen Genauigkeit der vorherigen besten Messung 2018 gemäß a neues Papier in der Zeitschrift veröffentlicht Natur .
Im Gegensatz zur Lichtgeschwindigkeit c , die Feinstrukturkonstante kommt nicht in Metern pro Sekunde oder Meilen pro Stunde an - sie hat überhaupt keine Einheiten. Dennoch formt sie das Universum in einem betörenden Ausmaß und ist "eine magische Zahl, mit der wir kommen."kein Verständnis ", sagte Richard Feynman, Quanta Magazine Berichte .
VERBINDUNG: DER ENTDECKER VON ANTIMATTER, NUKLEARER PHYSIKER CARL ANDERSON
Physiker treffen fast die 'magische Zahl', die das gesamte Universum prägt
Die Feinstrukturkonstante, die Physiker mit dem griechischen Buchstaben alpha α bezeichnen, erreicht die Schwelle der Äquivalenz zum Verhältnis 1/137. Sie erscheint typischerweise in Formeln, die Licht und Materie beschreiben.
"Es ist wie Architektur, es gibt einen goldenen Schnitt", sagte der mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Physiker Eric Cornell von der University of Colorado in Boulder, der auch mit dem National Institute of Standards and Technology zusammenarbeitet. "In der Physik der energiearmen Materie- Atome, Moleküle, Chemie, Biologie - es gibt immer ein Verhältnis "zwischen größeren und kleineren Dingen", fügte Cornell hinzu. "Diese Verhältnisse sind in der Regel Potenzen der Feinstrukturkonstante."
Diese allgegenwärtige Konstante kennzeichnet die Stärke der elektromagnetischen Kraft, die geladenen Teilchen wie Protonen und Elektronen zugrunde liegt. "In unserer Alltagswelt ist alles entweder Schwerkraft oder Elektromagnetismus. Und deshalb ist Alpha so wichtig", sagte Holger von der University of California in BerkeleyMüller - ein Physiker.
Weiter vom 'Warum' der universellen Konstanten
Da 1/137 eine kleine Zahl ist, ist der Elektromagnetismus relativ schwach - weshalb sich geladene Teilchen zu meist leeren Atomen bilden, deren Elektronen in regelmäßigen Abständen umkreisen und leicht wegspringen, um chemische Bindungen zu ermöglichen. Quanta Berichte .
Alternativ ist die Konstante auch nicht zu klein für das Universum - Physiker glauben im Allgemeinen, dass sich niemals Sterne gebildet hätten, wenn die Konstante etwa 1/138 wäre - was bedeuten würde, dass sich in Sternkernen kein Kohlenstoff gebildet hat und somit kein Leben, wie wir wissenes könnte jemals kommen.
Früher haben sich die Physiker gefragt, woher der Wert von Alpha stammt, aber jetzt akzeptieren sie ihn einfach zufällig als eine der fundamentalen Konstanten des Universums - was während der Entstehung des Universums geschah. Und jetzt sind sie daran interessiert, etwas anderes zu lernen.
Ultrapräzise Messungen helfen dabei, die Mechanik des Universums freizuschalten.
Die Physiker haben sich vom ultimativen "Warum" universeller Konstanten entfernt und sich darauf konzentriert, die Feinstrukturkonstante mit äußerster Präzision zu messen. Obwohl sie schwer zu verbessern sind, können Messungen leicht verfälscht werden, wenn sie falsch sind, da die Wechselbeziehungen zwischen Elementarteilchen die Mittel darstellennachfolgende Theorien zu testen.
Diese Wechselbeziehungen sind eine Reihe bizarrer Gleichungen, die als bekannt sind. Standardmodell der Teilchenphysik - und jede Nichtübereinstimmung zwischen ultrapräzisen Messungen verwandter Größen kann auf unentdeckte Teilchen oder Effekte hinweisen, die von den Standardgleichungen nicht erwähnt werden.
Für Cornell sind diese Arten von Präzisionsmessungen neben Teleskopen und Partikelkollidern eine dritte Möglichkeit, die grundlegenden Mechanismen des Universums empirisch zu erfassen.
Neuer Alpha-Wert ist dreimal so genau wie der vorherige
Das neue Papier - von vier Physikern unter der Leitung von Saïda Guellati-Khélifa vom Kastler Brossel Laboratory in Paris - berichtet über die bisher genaueste Messung der mysteriösen Feinstrukturkonstante. Das Team von Guellati-Khélifa hat den Wert der Konstante bis gemessendie 11. Dezimalstelle, die α = 1 / 137.03599920611 beschreibt.
Leider ist das Team nicht 100% sicher ungefähr die letzten beiden Ziffern.
Sie meldeten eine Fehlerquote von nur 81 Teilen pro Billion, was der neuen Messung fast das Dreifache der Genauigkeit der letzten Messung verleiht, die 2018 von Müllers Berkeley-Gruppe - Guellati-Khélifas Rivalen - durchgeführt wurde.
Besser in diesem Universum zu existieren als in anderen nie zu wissen
Trotz der Rivalität sagte Müller über die neueste Alpha-Messung seines Konkurrenten: "Ein Faktor drei ist eine große Sache. Scheuen wir uns nicht, dies eine große Leistung zu nennen."
Das Verfahren zum Testen neuer Schätzungen des numerischen Werts von Alpha ist sehr komplex. Dabei werden Rubidiumatome auf nahezu Null abgekühlt, in eine Vakuumkammer gebracht, mit Lasern eine Quantenüberlagerung erreicht und vieles mehrDas Universum ist, es ist gut, in einem Universum zu existieren, in dem sie ausgerichtet sind, um das Leben zu unterstützen, anstatt nicht in einem Universum zu existieren, das nirgendwo das Licht der Welt erblickt. je .