Geekly articles weekly

Para ilmuwan mengukur konstanta fundamental α di masa lalu yang jauh (8,5 miliar tahun)


Model standar memiliki celah tertentu. Ya, itu menggambarkan interaksi elektromagnetik, lemah dan kuat dari semua partikel elementer. Tetapi itu tidak termasuk gravitasi. Itu tidak menjawab pertanyaan tentang apa itu materi gelap. Dan yang paling penting, dia tidak dapat menjelaskan mengapa konstanta fisik fundamental saat ini memiliki nilai-nilai seperti itu. Model standar juga tidak dapat menjelaskan atau memprediksi ketergantungan konstanta fisik dasar pada faktor-faktor variabel seperti ruang dan waktu.

Oleh karena itu, fisikawan secara logis bertanya-tanya apakah konstanta fundamental telah berubah seiring waktu. Dan jika mereka berubah, lalu bagaimana. Karena teori ini tidak dapat menjelaskan dengan baik nilai-nilai konstanta dan perubahannya, satu-satunya metode ilmiah tetap - pengukuran langsung dari nilai konstanta fundamental pada titik yang berbeda dalam ruang-waktu.

Konstanta struktur halus (PTS), salah satu konstanta fisik dasar, sangat cocok untuk menjawab pertanyaan ini . PTS menentukan ukuran nilai (pemisahan) dari tingkat energi atom dan, akibatnya, pembentukan struktur halus - satu set frekuensi sempit dan dekat dalam garis spektralnya. Pemisahan terjadi karena efek kuantum, interaksi dua elektron dari atom sebagai akibat dari pertukaran foton virtual.

Konstanta struktur halus adalah kuantitas tak berdimensi yang dibentuk oleh kombinasi konstanta fundamental lainnya.


Ternyata ketika mengukur PTS, kami segera menentukan hubungan antara beberapa konstanta fundamental: konstanta Planck, kecepatan cahaya dalam ruang hampa, jumlah pi dan muatan listrik dasar.

Jika pengukuran menunjukkan bahwa TCP berbeda, maka sekali di masa lalu satu atau lebih konstanta berikut berbeda:

  • Konstanta Planck (dari konstanta Dirac dalam rumus TCP di atas);
  • kecepatan cahaya dalam ruang hampa;
  • pi (dari konstanta Dirac dalam rumus TCP di atas);
  • muatan listrik unsur.

Saat ini diketahui bahwa rasio konstanta ini adalah

7.2973525664 (17) × 10 −3


(Ini adalah nilai TCP yang disarankan hari ini).

Tetapi apa yang terjadi di masa lalu?

Beberapa penelitian sebelumnya tentang evolusi kosmik konstanta struktur halus menunjukkan perubahan signifikan dalam TCP dari waktu ke waktu. Misalnya, untuk delta seperti itu:

∆α / α ◦ = (−0.574 ± 0.102) × 10 −5 untuk 0,2 ≤ z ≤ 3,7 (lihat Murphy, MT, Curran, SJ, & Webb, JK " Penelusuran Dalam untuk Penyerapan Molekul Redshift Tinggi ", 2003, MNRAS, 342, 830).

Lebih dari 15 tahun, pengukuran PTS lainnya dengan garis spektral di quasar jauh yang berhadapan langsung telah dilakukan.

Pengukuran spektrum


Tetapi jika satu konstanta fundamental berubah seiring waktu, maka kita dapat mengasumsikan bahwa konstanta fundamental lainnya dapat berubah. Berdasarkan evolusi alam semesta, mereka harus berubah sekarang, jika ini adalah proses yang berkelanjutan. Pertanyaan segera muncul: konstanta fundamental mana yang berubah?

Selain itu, ada banyak teori baru yang mencoba memperbaiki Model Standar - untuk akhirnya menggabungkannya dengan gravitasi. Dan teori-teori ini melibatkan perubahan konstanta fundamental dari waktu ke waktu.

Penelitian tambahan tentang topik ini dilakukan.Ahli astrofisika RF Carswell dari Institut Astronomi di Universitas Cambridge dan SM Kotuš, MT Murphy dari Pusat Astrofisika dan Komputer Superkomputer di Universitas Teknologi Swinburne. Pekerjaan mereka diterbitkan pada 8 Oktober 2016 di jurnal Pemberitahuan Bulanan dari Royal Astronomical Society (doi: 10.1093 / mnras / stw2543).

Seperti para pendahulu mereka, mereka juga mengukur struktur halus di garis spektral quasar yang jauh. Untuk pengukuran, kami memilih quasar (QSO) HE 0515-4414, yang darinya cahaya menuju Bumi masa depan melewati galaksi 8,5 miliar tahun cahaya yang jauh dari kita di ruangwaktu. Ini adalah quasar paling terang dengan pergeseran merah lebih dari z = 1 di belahan selatan langit berbintang.

Pengukuran menunjukkan bahwa konstanta struktur halus di galaksi bertepatan dengan bumi. Ini berarti bahwa 8,5 miliar tahun yang lalu di alam semesta kita, elektromagnetisme hampir sama dengan sekarang.

Para ilmuwan percaya bahwa data yang salah dari pengukuran sebelumnya dari spektrum quasar dijelaskan oleh fakta bahwa ilmuwan lain menggunakan metode yang tidak terlalu akurat, termasuk Ultraviolet dan Visual Echelle Spectrograph pada Very Large Telescope (VLT) di European Southern Observatory. Para penulis studi baru menemukan cara untuk menyesuaikan pembacaan spektograf ini menggunakan spektograf lain. Mereka menyarankan bahwa delta kecepatan yang diamati (pergeseran merah - pergeseran garis spektral) dijelaskan secara tepat oleh perbedaan kecepatan fisik objek, dan bukan oleh delta TCP. Para penulis yakin bahwa mereka menghilangkan kesalahan sistematis dalam semua penelitian sebelumnya yang menunjukkan perbedaan dalam TCP (ada sekitar selusin studi ini).

Eksperimen ini bertentangan dengan data eksperimental lain, tetapi itu mengkonfirmasi Model Standar dan masih tidak memungkinkan menggabungkan gaya gravitasi dengan jenis interaksi lainnya dalam kerangka teori terpadu. Tetapi para ilmuwan yakin untuk melanjutkan upaya ini. Dalam beberapa tahun, mereka akan dapat lebih akurat mengukur spektrum quasar pada teleskop baru dengan spektograf yang lebih akurat.

Dengan asumsi bahwa Model Standar telah bertahan, para ilmuwan masih tidak memiliki jawaban untuk pertanyaan mengapa, 8,5 miliar tahun yang lalu, konstanta fisik dasar adalah sama seperti sekarang.

Source: https://habr.com/ru/post/id399311/

More articles:


All Articles