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Les scientifiques ont mesuré la constante fondamentale α dans un passé lointain (8,5 milliards d'années)


Le modèle standard présente certaines lacunes. Oui, il décrit les interactions électromagnétiques, faibles et fortes de toutes les particules élémentaires. Mais cela n'inclut pas la gravité. Il ne répond pas à la question de savoir ce qu'est la matière noire. Et surtout, elle n'est pas en mesure d'expliquer pourquoi les constantes physiques fondamentales actuelles ont de telles valeurs. Le modèle standard est également incapable d'expliquer ou de prédire la dépendance des constantes physiques fondamentales à des facteurs variables tels que l'espace et le temps.

Par conséquent, les physiciens se demandent logiquement si les constantes fondamentales ont changé au fil du temps. Et s'ils ont changé, alors comment. La théorie n'étant pas en mesure d'expliquer correctement les valeurs des constantes et leur évolution, la seule méthode scientifique reste la mesure directe de la valeur des constantes fondamentales à différents points de l'espace-temps.

La constante de structure fine (PTS), l'une des constantes physiques fondamentales, est bien adaptée pour répondre à cette question . Le PTS détermine la taille de la valeur (division) des niveaux d'énergie d'un atome et, par conséquent, la formation d'une structure fine - un ensemble de fréquences étroites et proches dans ses raies spectrales. La séparation se produit en raison de l'effet quantique, l'interaction de deux électrons d'un atome à la suite de l'échange de photons virtuels.

La constante de structure fine est une quantité sans dimension formée par une combinaison d'autres constantes fondamentales.


Il s'avère que lors de la mesure du PTS, nous déterminons immédiatement la relation entre plusieurs constantes fondamentales: la constante de Planck, la vitesse de la lumière dans le vide, le nombre pi et la charge électrique élémentaire.

Si les mesures montrent que le TCP était différent, alors une fois dans le passé, une ou plusieurs des constantes suivantes étaient différentes:

  • Constante de Planck (à partir de la constante de Dirac dans la formule TCP ci-dessus);
  • vitesse de la lumière dans le vide;
  • pi (à partir de la constante de Dirac dans la formule TCP ci-dessus);
  • charge électrique élémentaire.

On sait aujourd'hui précisément que le rapport de ces constantes est

7,2973525664 (17) × 10 −3


(Il s'agit de la valeur TCP recommandée aujourd'hui).

Mais que s'est-il passé par le passé?

Certaines études antérieures sur l'évolution cosmique de la constante de structure fine ont indiqué un changement significatif du TCP au fil du temps. Par exemple, pour un tel delta:

∆α / α ◦ = (−0,574 ± 0,102) × 10 −5 pour 0,2 ≤ z ≤ 3,7 (voir Murphy, MT, Curran, SJ et Webb, JK " Recherches approfondies pour High Redshift Molecular Absorption ", 2003, MNRAS, 342, 830).

Sur 15 ans, d'autres mesures de PTS par des raies spectrales dans des quasars éloignés en ligne de visée directe ont été réalisées.

Mesure du spectre


Mais si une constante fondamentale change avec le temps, alors nous pouvons supposer que d'autres constantes fondamentales peuvent changer. En fonction de l'évolution de l'univers, ils devraient changer maintenant, s'il s'agit d'un processus continu. La question se pose immédiatement: quelles constantes fondamentales changent?

De plus, de nombreuses nouvelles théories tentent de corriger le modèle standard - pour enfin le combiner avec la gravité. Et ces théories impliquent un changement des constantes fondamentales au fil du temps.

Des recherches supplémentaires sur ce sujet ont été menées.Astrophysiciens RF Carswell de l'Institut d'astronomie de l'Université de Cambridge et SM Kotuš, MT Murphy du Center for Astrophysics and Supercomputer Computing de Swinburne University of Technology. Leurs travaux ont été publiés le 8 octobre 2016 dans la revue Monthly Notices de la Royal Astronomical Society (doi: 10.1093 / mnras / stw2543).

Comme leurs prédécesseurs, ils ont également mesuré les structures fines dans les raies spectrales d'un quasar lointain. Pour la mesure, nous avons choisi le quasar (QSO) HE 0515–4414, à partir duquel la lumière sur le chemin de la Terre future a traversé une galaxie à 8,5 milliards d'années-lumière de nous dans l'espace-temps. Il s'agit du quasar le plus brillant avec un décalage vers le rouge supérieur à z = 1 dans l'hémisphère sud du ciel étoilé.

Les mesures ont montré que la constante de structure fine dans la galaxie coïncide avec la terre. Cela signifie qu'il y a 8,5 milliards d'années dans notre univers, l'électromagnétisme était à peu près le même qu'aujourd'hui.

Les scientifiques pensent que les données incorrectes des mesures précédentes du spectre des quasars s'expliquent par le fait que d'autres scientifiques ont utilisé des méthodes peu précises, notamment le spectrographe à ultraviolets et à échelle visuelle sur le très grand télescope (VLT) de l'Observatoire européen austral. Les auteurs d'une nouvelle étude ont trouvé un moyen d'ajuster les lectures de ce spectrographe à l'aide d'un autre spectrographe. Ils ont suggéré que le delta de vitesse observé (redshift - décalage des raies spectrales) s'explique précisément par la différence de vitesse physique des objets, et non par le delta TCP. Les auteurs sont sûrs d'avoir éliminé une erreur systématique dans toutes les études précédentes qui montraient une différence de TCP (il y a environ une douzaine de ces études).

Cette expérience contredit d'autres données expérimentales, mais elle confirme le modèle standard et ne permet toujours pas de combiner la force de gravité avec d'autres types d'interactions dans le cadre d'une théorie unifiée. Mais les scientifiques sont sûrs de poursuivre ces tentatives. Dans quelques années, ils pourront mesurer plus précisément le spectre des quasars sur de nouveaux télescopes avec des spectrographes plus précis.

En supposant que le modèle standard a survécu, les scientifiques n'ont toujours pas de réponse à la question de savoir pourquoi, il y a 8,5 milliards d'années, les constantes physiques fondamentales étaient les mêmes qu'aujourd'hui.

Source: https://habr.com/ru/post/fr399311/

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