фина структура константа - е обозначен с гръцката буква "а" (α) - той е въведен немски физик теоретични Арнолд Зомерфелд през 1916 година преди появата на квантовата механика. В Sommerfeld, тя се появява в изчисленията, описващ дублет разделянето на енергийните нива (и следователно на спектралните линии) на модел водород Бор на атома поради относителни ефекти. Това разделяне се нарича фината структура на спектъра, оттам и името на константа. По-късно се оказа, че това се дължи на взаимодействието между орбиталната и спин ъглов импулси на електрона, което само по себе си е релативистичната ефект.
През 1916, концепцията на въртене не съществува, и Sommerfeld получава резултатите от изчисляване на енергия на електрона до най-близкия квадрата на съотношението на своята линейна скорост V (което все още се определя чисто класически) на светлина скорост в. (V / C) 2. В тези изчисления фина структура константа въведени като съотношението на скоростта на електрона в долната кръгова орбита скоростта на светлината. В CGSE система на единици се записва, като се използва проста формула:
Тук е - заряда на електрона, с - скоростта на светлината, - (. = Н / 2π където ч - Планк константа, свързани величината на електромагнитно лъчение мощност с честота.) На понижено Планк константа или постоянна Дирак. α - е безразмерна величина, неговата цифрова стойност е много близо до 1/137.
Физическият смисъл на фина структура постоянно се е променила драстично, тъй като развитието на квантовата електродинамика. В тази теория, електрически заредени частици взаимодействат чрез обмен на виртуални фотони. Фината структура постоянно настъпва като безразмерна параметър, който характеризира интензивността на взаимодействието.
Никъде не е ролята на "а" се проявява при изчисляването на различни ефекти чрез Файнман диаграми. които са основен метод на приблизителни изчисления на квантовата електродинамика. Всеки връх Файнман диаграми носи изчислява цифрова стойност на амплитудата на коефициента на процес равен на корен квадратен от алфа. Тъй като възникващи в изчисляването на вътрешни линии има два края, добавянето на всяка такава линия дава фактор, който е пропорционален на алфа. Това се дължи на малкия размер на фината структура константа в квантовата електродинамика може да се направи приблизителни изчисления, разширяване на изчислените стойности в редиците на своите правомощия. Вярно е, че някои преброяване диаграми дава безкрайност, но в квантовата електродинамика, те могат да се изхвърлят в така наречената renormalization (обаче, това е подробности).
В края на 60-те години на квантовата електродинамика, за да се получи обобщение на единна теория на електрослабите взаимодействия. В тази теория, "алфа" нараства пропорционално на логаритъма на характеристика енергията на физически процеса, и следователно вече не е постоянно. Sommerfeld формула съответства на граничната стойност "алфа" при възможно най-ниски енергии на електромагнитното взаимодействие. Тъй като повечето леки частици с електрически заряд са електрони и позитрони, тази минимална се постига при енергийна равна на масата на електрони, умножена по квадрата на скоростта на светлината. Според някои хипотези, алфа може да зависи и от времето, но тя все още не е доказано.
Известно е, че магнитния момент на електрона е пропорционална на произведението на гръб към магнетон Бор. Коефициентът на пропорционалност обикновено се означава с латинската буква г. Според релативистично електрон теория формулирани през 1928 г. от Пол Дирак, G = 2. Тази стойност се две десетилетия са взети за даденост, но в 1948 Поликарп Kusch и Хенри Foley експериментално доказано, че г е приблизително равно на 2,002. Едновременно с това, един от създателите на квантовата електродинамика Юлий Schwinger получи същото количество теоретично. Quantum електродинамика обяснява излишък грам-фактор стойност на Дирак с това, че магнитният момент се увеличава от раждането на виртуалните частици и вакуум поляризация. Тъй като г-фактор пъти експериментално измерени и се изчислява на базата на уравнения на квантовата електродинамика, всеки път резултатите съвпадат с все по-голяма точност. През 1987 г. Ханс Dehmelt и колегите му измерили г-фактор до четири трилиона, за които две години по-късно Ханс Dehmelt е удостоен с Нобелова награда.
Изчисленията Киношита и НСлС, за да представи фактор гр като краен Тейлър серия, за прекратяване на членство, пропорционална на четвърта степен на фина структура константа алфа. За експериментално потвърждаване на точността на стойности Dehmelt резултатите на групата е недостатъчна. Gabriels и членовете на неговата група за повторно измерване на г-фактор с инструмент, който те наричат един електрон циклотрона.
Това устройство е създаден Gabrielsom и Стивън Пейли в края на последното десетилетие и оттогава непрекъснато се усъвършенства. Той се състои от малък проводим кухина, където използват променливи електромагнитни полета заключени един електрон (всъщност, тази модификация дълго известни устройство, наречено Penning капан). Когато се измерва включва магнитно поле, насочено по оста на инструмента. Наличието на тази област причинява електроните да се движи по спирала с циклотрон честота FC и в същото време да се придвижи напред по поле вектор с честота FS.
Според теорията, г двойка фактор превишава стойност равна на (FS - ев) / FC. На числителя и знаменателя от тази фракция се определя експериментално. Тези измервания изискват изключително точно изчисляване на вътрешната кухина на геометрията на капан и охлаждане до 0.1 К - това е необходимо да се гарантира стабилността на електрони орбитите, тъй като измерванията се извършват в продължение на много часове. Експериментите са имали дори да се вземат под внимание релативистични корекции, въпреки че те са изключително малки, поради много ниска енергия на електрона.
В крайна сметка, експериментът даде г / 2 стойност = 1,00115965218085 и възможно грешка не надвишава 0760 милиарда (т.е., точност се подобрява шесткратно нагънат Dehmelt група). Тази стойност грам-фактор и е възможно да се изчисли стойността на алфа, който е равен на 1 / 137.035999710 с грешка от около 0.7 ррв (десетократно подобрение спрямо предишните резултати).
Такова значително усъвършенстване на оценените стойности на постоянна тънка конструкция дава възможност да се определят границите на квантовата електродинамика. Тя се основава на предположението, че един електрон и позитрон са точкови частици. Ако, според някои хипотези, електрона и позитрона имат вътрешна структура, тя трябва да се отрази на стойността на алфа. (Въпреки това, фината структура включва и много малки допълнения, причинени от силни и слаби взаимодействия, но физика от групата Gabrielsa вярвали, че те могат да се вземат под внимание).
Сега физика отново възможно най-близо ще за измерване на фината структура постоянна по други начини (е направен, например, от такива твърди явления като Josephson ефект и ефект на квантов Хол, както и чрез разсейване на фотони от атома рубидий) и сравняване на получените резултати с оценка Gabrielsa групата , Кой знае какво ще се случи?
Свързани статии