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

محققان فیزیک دانشگاه وین با یک آزمایش نوآورانه موفق شدند یکی از عدد‌های ثابت فیزیک اتمی و ذرات را به جای محاسبات غیرمستقیم از طریق مشاهده مستقیم اندازه‌گیری کنند.

به گزارش 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 می‌شود، یکی از عدد‌های مهم در فیزیک است و نقش مهمی در فیزیک اتمی و ذرات ایفا می‌کند.

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

۱۳۷/۱ – کد محرمانه کیهان

ثابت ساختار ریز، قدرت تراکنش‌های الکترومغناطیس را توصیف می‌کند و نشان می‌دهد ذرات باردار مانند الکترون‌ها با چه قدرتی به میدان‌های الکترومغناطیسی واکنش نشان می‌دهند. اگر ثابت ساختار ریز عدد (value) متفاوتی داشت، کیهان ما شکل و شمایل کاملا متفاوتی پیدا می‌کرد، اتم‌ها اندازه دیگری داشتند و بنابراین کل قوانین شیمی به گونه‌ای دیگر بود و جوش هسته‌ای 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 ثابت‌های مهم فیزیک یک واحد مشخص دارند مثلا سرعت نور می‌تواند 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 می‌گوید: در آزمایش ما، ثابت ساختار ریز به طور مستقیم قابل رویت می‌شود. یک اشعه لیزر به شکل خطی قطبی می‌شود و نور بطور دقیق در مسیر عمودی نوسان می‌کند. این اشعه سپس با یک لایه از مواد مخصوص با ضخامتی اندک در حد چند نانومتر برخورد می‌کند. این مواد خاصیت تغییر پولاریزاسیون نور را دارند.

زمان عبور نور از این فیلم (لایه) نازک مسیر پولاریزاسیون نور یک پرش کوانتومی اجرا می‌کند. نور پس از عبور، در یک مسیر متفاوت نسبت به قبل نوسان می‌کند و زمانی که اندازه این پرش محاسبه می‌شود، یک نتیجه شگفت آور ظاهر می‌شود: کوانتوم این تغییر زاویه‌ای 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 می‌شود.

توضیح عکس: منبع نور (چپ) یک اشعه از میان یک ماده خاص ارسال می‌کند که موجب تغییر مسیر پولاریزاسیون به اندازه زاویه‌ای معادل ثابتِ ساختارِ ریز می‌شود