کشف رمز محرمانه کیهان؛ راهی برای اندازه‌گیری عدد ثابت فیزیک اتمی

به گزارش گروه علم و آموزش ایرنا از «سای تک دیلی»، ثابتِ ساختارِ ریز (The Fine Structure Constant) یکی از عناصر ثابت و بنیادین طبیعت است و اندازه گیری آن در فیزیک بسیار مهم و حیاتی است. محققان در دانشگاه وین به تازگی راه منحصر به فردی برای اندازه گیری آن کشف کرده اند.

ارزش یک بر ۱۳۷ که به نام ثابت ساختار ریز هم شناخته می شود، یکی از عددهای مهم در فیزیک است و نقش مهمی در فیزیک اتمی و ذرات ایفا می کند.

در حالی که ثابت ساختار ریز به طور سنتی و غیرمستقیم از طریق محاسبات و اندازه گیری سایر کمیت های فیزیکی اندازه گیری می شود، محققان در دانشگاه وین (TU Wien) آزمایشی ابداع کرده اند که امکان اندازه گیری مستقیم ثابت ساختار ریز را در شکل یک زاویه فراهم می سازد.

۱۳۷/۱ – کد محرمانه کیهان

ثابت ساختار ریز، قدرت تراکنش های الکترومغناطیس را توصیف می کند و نشان می دهد ذرات باردار مانند الکترون ها با چه قدرتی به میدان های الکترومغناطیسی واکنش نشان می دهند. اگر ثابت ساختار ریز عدد (value) متفاوتی داشت، کیهان ما شکل و شمایل کاملا متفاوتی پیدا می کرد، اتم ها اندازه دیگری داشتند و بنابراین کل قوانین شیمی به گونه ای دیگر بود و جوش هسته ای در ستارگان نیز کاملا شکل دیگری داشت.

یک سوال مهم این است که آیا ثابت ساختار ریز واقعا ثابت است یا در طول میلیاردها سال ممکن است تغییر کرده باشد.

اندازه‌گیری مستقیم بجای محاسبات

بسیاری از ثابت های مهم فیزیک یک واحد مشخص دارند مثلا سرعت نور می تواند با واحد متر بر ثانیه در نظر گرفته شود اما در مورد ثابت ساختار ریز وضع متفاوت است و این هیچ واحدی ندارد و صرفا یک عدد و فاقد ابعاد است.

«آندری پیمنوف» از محققان دانشگاه وین می گوید: در آزمایش ما، ثابت ساختار ریز به طور مستقیم قابل رویت می شود. یک اشعه لیزر به شکل خطی قطبی می شود و نور بطور دقیق در مسیر عمودی نوسان می کند. این اشعه سپس با یک لایه از مواد مخصوص با ضخامتی اندک در حد چند نانومتر برخورد می کند. این مواد خاصیت تغییر پولاریزاسیون نور را دارند.

زمان عبور نور از این فیلم (لایه) نازک مسیر پولاریزاسیون نور یک پرش کوانتومی اجرا می کند. نور پس از عبور، در یک مسیر متفاوت نسبت به قبل نوسان می کند و زمانی که اندازه این پرش محاسبه می شود، یک نتیجه شگفت آور ظاهر می شود: کوانتوم این تغییر زاویه ای بطور دقیق به اندازه همان ثابت ساختار ریز است.

پیمنوف گفت: از این رو ما دسترسی مستقیم به چیزی کاملا غیرمعمول داریم: یک چرخش کوانتومی. ثابت ساختار ریز بطور فوری به عنوان یک زاویه قابل مشاهده می شود.

توضیح عکس : منبع نور (چپ) یک اشعه از میان یک ماده خاص ارسال می کند که موجب تغییر مسیر پولاریزاسیون به اندازه زاویه ای معادل ثابتِ ساختارِ ریز می شود