精细结构常数是最重要的自然常数之一。在TU Wien,已经发现了一种显著的测量方法,它显示为旋转角度。
1比137:这是物理学中最重要的数字之一。它是所谓精细结构常数的近似值,这是一个在原子和粒子物理学中非常重要的物理量。
测量精细结构常数的方法有很多,通常通过测量其他物理量并使用它们计算精细结构常数来间接测量。然而,在TU Wien,现在已经进行了一项实验,其中精细结构常数本身可以直接测量为角度。
1/137宇宙的密码
精细结构常数描述了电磁相互作用的强度。它表明电子等带电粒子对电磁场的反应程度。如果精细结构常数具有不同的值,我们的宇宙将看起来完全不同。原子将具有不同的大小,因此所有的化学作用都将不同,恒星中的核聚变也将完全不同。
一个备受讨论的问题是,精细结构常数是否真的是常数,或者它是否可能在数十亿年内改变其值。
直接测量而非计算
“大多数重要的物理常数都有一个特定的单位,例如光速,可以用米/秒来表示,”维也纳大学固体物理研究所的安德烈·皮梅诺夫教授说。“这与精细结构常数不同。它没有单位,只是一个无量纲的数字。”
但通常,当测量精细结构时,必须测量具有不同物理单位的各种量,然后从这些结果推断出精细结构常数的值。安德烈·皮梅诺夫说:“另一方面,在我们的实验中,精细结构常数本身变得直接可见。”。
旋转光线的薄膜
激光束被线性偏振,光在垂直方向上精确振荡。然后,光束撞击一层只有几纳米厚的特殊材料。这种材料具有改变光的偏振方向的特性。
Andrei Pimenov解释道:“旋转激光束偏振的材料本身并不罕见。不同的材料可以做到这一点;材料层越厚,激光的偏振旋转得越多。但我们在这里处理的是完全不同的效果。”。“在我们的例子中,极化不是连续旋转的,而是跳跃的。”
当穿过薄膜时,光的偏振方向会发生量子跃迁。光波通过后,以与之前不同的方向振荡。当计算这种跳跃的大小时,一个惊人的结果出现了:这种角度变化的量子正是精细结构常数。
安德烈·皮梅诺夫说:“因此,我们可以直接接触到一些非常不寻常的东西:旋转的量子。”。“精细结构常数会立即以角度显示。”
这项研究发表在《应用物理学快报》上。
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