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Os cientistas mediram a constante fundamental α no passado distante (8,5 bilhões de anos)


O modelo padrão possui certas lacunas. Sim, descreve as interações eletromagnéticas, fracas e fortes de todas as partículas elementares. Mas isso não inclui a gravidade. Não responde à pergunta sobre o que é a matéria escura. E o mais importante, ela não é capaz de explicar por que as constantes físicas fundamentais atuais têm esses valores. O modelo padrão também é incapaz de explicar ou prever a dependência de constantes físicas fundamentais de fatores variáveis, como espaço e tempo.

Portanto, logicamente os físicos se perguntam se as constantes fundamentais mudaram ao longo do tempo. E se eles mudaram, então como. Como a teoria não é capaz de explicar adequadamente os valores das constantes e suas mudanças, o único método científico permanece - a medição direta do valor das constantes fundamentais em diferentes pontos do espaço-tempo.

A constante de estrutura fina (PTS), uma das constantes físicas fundamentais, é adequada para responder a essa pergunta . O PTS determina o tamanho do valor (divisão) dos níveis de energia de um átomo e, consequentemente, a formação de uma estrutura fina - um conjunto de frequências estreitas e próximas em suas linhas espectrais. A divisão ocorre devido ao efeito quântico, a interação de dois elétrons de um átomo como resultado da troca de fótons virtuais.

A constante da estrutura fina é uma quantidade adimensional formada por uma combinação de outras constantes fundamentais.


Acontece que, ao medir o PTS, determinamos imediatamente a relação entre várias constantes fundamentais: a constante de Planck, a velocidade da luz no vácuo, o número pi e a carga elétrica elementar.

Se as medidas mostrarem que o TCP era diferente, uma vez no passado, uma ou mais das seguintes constantes eram diferentes:

  • Constante de Planck (da constante Dirac na fórmula TCP acima);
  • velocidade da luz no vácuo;
  • pi (da constante Dirac na fórmula TCP acima);
  • carga elétrica elementar.

Hoje é sabido precisamente que a razão dessas constantes é

7.2973525664 (17) × 10 −3


(Este é o valor TCP recomendado hoje).

Mas o que aconteceu no passado?

Alguns estudos anteriores da evolução cósmica da constante da estrutura fina indicaram uma mudança significativa no TCP ao longo do tempo. Por exemplo, para esse delta:

∆α / α ◦ = (−0,574 ± 0,102) × 10 −5 para 0,2 ≤ z ≤ 3,7 (consulte Murphy, MT, Curran, SJ e Webb, JK " Deep Searches for Absorção Molecular Elevada do Redshift ", 2003, MNRAS, 342, 830).

Ao longo de 15 anos, outras medições de PTS por linhas espectrais em quasares distantes que estão na linha de visão direta foram realizadas.

Medição de espectro


Mas se uma constante fundamental muda com o tempo, podemos assumir que outras constantes fundamentais podem mudar. Com base na evolução do universo, eles devem mudar agora, se este for um processo contínuo. Surge imediatamente a pergunta: quais constantes fundamentais estão mudando?

Além disso, existem muitas novas teorias que estão tentando consertar o Modelo Padrão - para finalmente combiná-lo com a gravidade. E essas teorias envolvem uma mudança nas constantes fundamentais ao longo do tempo.

Pesquisas adicionais sobre esse tópico foram realizadas.Astrofísicos RF Carswell, do Instituto de Astronomia da Universidade de Cambridge e SM Kotuš, MT Murphy, do Centro de Astrofísica e Computação de Supercomputadores da Universidade de Tecnologia de Swinburne. Seu trabalho foi publicado em 8 de outubro de 2016 na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (doi: 10.1093 / mnras / stw2543).

Como seus predecessores, eles também mediram as estruturas finas nas linhas espectrais de um quasar distante. Para a medição, escolhemos o quasar (QSO) HE 0515-4414, do qual a luz no caminho para o futuro Terra passou por uma galáxia a 8,5 bilhões de anos-luz de distância de nós no espaço-tempo. Este é o quasar mais brilhante com um desvio para o vermelho superior a z = 1 no hemisfério sul do céu estrelado.

As medidas mostraram que a estrutura fina constante na galáxia coincide com a Terra. Isso significa que há 8,5 bilhões de anos atrás, em nosso universo, o eletromagnetismo era quase o mesmo que é agora.

Os cientistas acreditam que os dados incorretos das medições anteriores do espectro do quasar são explicados pelo fato de outros cientistas terem usado métodos pouco precisos, incluindo o espectrômetro ultravioleta e visual Echelle no Very Large Telescope (VLT) no Observatório Europeu do Sul. Os autores de um novo estudo encontraram uma maneira de ajustar as leituras deste espectrógrafo usando outro espectrógrafo. Eles sugeriram que o delta de velocidade observado (desvio para o vermelho - desvio das linhas espectrais) é explicado precisamente pela diferença na velocidade física dos objetos, e não pelo delta do TCP. Os autores têm certeza de que eles eliminaram um erro sistemático em todos os estudos anteriores que mostraram uma diferença no TCP (existem cerca de uma dúzia desses estudos).

Esse experimento contradiz outros dados experimentais, mas confirma o Modelo Padrão e ainda não permite combinar a força da gravidade com outros tipos de interações dentro da estrutura de uma teoria unificada. Mas os cientistas certamente continuarão essas tentativas. Dentro de alguns anos, eles poderão medir com mais precisão o espectro de quasares em novos telescópios com espectrógrafos mais precisos.

Supondo que o Modelo Padrão tenha sobrevivido, os cientistas ainda não têm resposta para a pergunta por que, 8,5 bilhões de anos atrás, as constantes físicas fundamentais eram as mesmas que são agora.

Source: https://habr.com/ru/post/pt399311/

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