Stałej struktury subtelnej zawdzięczamy istnienie. Francuzi dokonali jej najbardziej precyzyjnych pomiarów
Najbardziej precyzyjny z dotychczasowych pomiarów wartości stałej struktury subtelnej zarysowuje nowe granice dla teorii mówiących o istnieniu ciemnej materii czy ciemnej energii. Nowa wartość to nie tylko dodatkowy test Modelu Standardowego, ale i wskazówka, gdzie należy poszukiwać ciemnej materii, która wraz z ciemną energią stanowi ponad 90% masy wszechświata.
Stała struktury subtelnej to kombinacja trzech stałych fundamentalnych, stałej Plancka, ładunku elektronu oraz prędkości światła. Łącznie określają one siłę oddziaływań elektromagnetycznych, przez co stała struktury subtelnej powszechnie występuje we wszechświecie. Jako, że jest to wielkość bezwymiarowa, niezależna od systemu jednostek, jest w pewnym sensie bardziej podstawowa niż inne stałe fizyczne, których wartość zmienia się w zależności od systemu.
Niewielka wartość stałej struktury subtelnej, wynosząca około 1/137 wskazuje, że oddziaływania elektromagnetyczne są słabe. To zaś oznacza, że elektrony znajdujące się na orbitach w pewnej odległości od jądra atomu mogą tworzyć wiązania i budować molekuły. To właśnie ta ich właściwość umożliwiła powstanie gwiazd czy planet. Wielu fizyków twierdzi, że takiej a nie innej wartości stałej struktury subtelnej zawdzięczamy własne istnienie. Gdyby bowiem była ona nieco większa lub nieco mniejsza, gwiazdy nie mogłyby syntetyzować cięższych pierwiastków, takich jak np. węgiel. Życie w znanej nam postaci by więc nie istniało.
Dotychczasowe pomiary stałej struktury subtelnej umożliwiły prowadzenie precyzyjnych testów zależności pomiędzy cząstkami elementarnymi. Zależności te są opisane równaniami, tworzącymi Model Standardowy. Każda niezgodność pomiędzy przewidywaniami Modelu a obserwacjami może wskazywać na istnienie nieznanych zjawisk fizycznych.
Zwykle stałą struktury subtelnej mierzy się określając siłę odrzutu atomów absorbujących fotony. Energia kinetyczna tego odrzutu pozwala określić masę atomu. Następnie, na podstawie precyzyjnej znajomości stosunku masy atomu do elektronu, obliczamy masę elektronu. W końcu możemy określić stałą struktury subtelnej z masy elektronu oraz siły wiązań atomowych w wodorze.
Naukowcy pracujący pod kierunkiem profesor Saidy Guellati-Khelifa z Laboratoire Kastler-Brossel schłodzili atomy rubidu do temperatury kilku stopni powyżej zera absolutnego. Następnie za pomocą lasera stworzyli superpozycję dwóch stanów atomowych. Pierwszy ze stanów odpowiadał atomom odrzucanym w wyniku zaabsorbowania fotonów, drugi zaś, atomom, które nie doświadczają odrzutu. Atomy w różnych stanach różnie propagowały się wewnątrz komory próżniowej. Naukowcy dodali wówczas drugi zestaw impulsów laserowych, który doprowadził do „ponownego połączenia” obu części superpozycji.
Im większy był odrzut atomu absorbującego fotony, tym większe przesunięcie fazy względem jego własnej wersji, która nie doświadczała odrzutu. Uczeni wykorzystali tę różnicę do określenia masy atomu, z której następnie wyliczyli stałą struktury subtelnej. W ten sposób określili jej wartość na 1/137,035999206(11). Precyzja pomiaru wynosi 81 części na bilion, jest więc 2,5-krotnie większa niż poprzedni najbardziej precyzyjny pomiar wykonany w 2018 roku na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley.
Różnica pomiędzy pomiarem obecnym, a tym z Berkeley rozpoczyna się na 7. cyfrze po przecinku. To zaskoczyło francuskich naukowców, gdyż wskazuje, że albo jedne z pomiarów, albo oba, zawierają nieznany błąd. Autor pomiaru z Berkeley, Holger Müller, komentuje, że wynik uzyskany przez Francuzów potwierdza, iż elektron nie posiada mniejszych struktur i rzeczywiście jest cząstką elementarną.
Francuzi planują teraz potwierdzić wyniki swoich pomiarów korzystając z innego izotopu rubidu.
Komentarze (8)
pinopa, 16 grudnia 2020, 16:52
Aby badać ciemną materię, nie trzeba jej szukać bardzo daleko, bo ona jest w każdym miejscu Wszechświata. O doświadczeniach z udziałem ciemnej materii można przeczytać w art. "Ciemna materia w zjawiskach", który znajduje się na http://pinopa.narod.ru/Ciemna_materia_w_zjawiskach.pdf. Jeśli macie znajomych za granicą i chcielibyście ich poinformować o tych prostych badaniach obecności ciemnej materii wszędzie wokół nas, to artykuł po rosyjsku znajduje się na http://pinopa.narod.ru/Ciemna_materia_w_zjawiskach_ru.pdf, a po angielsku na http://pinopa.narod.ru/Ciemna_materia_w_zjawiskach_uk.pdf.
thikim, 19 grudnia 2020, 17:21
Nie ma żadnych doświadczeń z udziałem ciemnej materii. Na chwilę obecną ciemna materia jest tylko pomysłem jak coś wyjaśnić. Wszystkie doświadczenia mające pokazać nam ciemną materię albo zakończyły się klęską albo trwają dalej ale z coraz mniejszymi szansami na sukces.
Ciemna materia nie jest jedynym możliwym wyjaśnieniem. Ostatnio jednak pojawiło się wsparcie dla MOND. Ale to sprzed paru dni.
http://www.sci-news.com/astronomy/modified-gravity-theory-09165.html
Niezależnie od tego link do Sabiny bo ona mówiła o tym wcześniej.
(2) Superfluid Dark Matter - YouTube
Sabinę polecają najlepsi w branży (science video), dla przykładu dr Lincoln z Fermilab. A głupi i tak jej nie zrozumieją.
Przy czym odnośnie MOND warto pamiętać: wiemy że na pewno grawitacja nie może pracować tak jak to Newton wymyślił, Einstein uogólnił. Odpowiedzią nie musi być MOND - ale coś musi być odpowiedzią.
No ale podobno:
"Nowa wartość to nie tylko dodatkowy test Modelu Standardowego, ale i wskazówka, gdzie należy poszukiwać ciemnej materii,"
No to gdzie?
cyjanobakteria, 19 grudnia 2020, 19:41
To nie jest prawda
Z tego, co wiem, mamy wysoką pewność na podstawie danych obserwacyjnych, że ciemna materia istnieje. Mało tego, mamy również dość wysoką pewność, że ciemna energia musi istnieć w tej czy innej formie.
Jest dokładnie odwrotnie. Jak doświadczenie, przykładowo w LHC, nie wykaże istnienie ciemnej materii w danym przedziale energii, to nie oznacza, że zakończyło się klęską. Oznacza to tylko, że tej materii nie ma w tym zakresie energii. Naukowcy nie zawsze wiedzą czego szukają, bo taka jest natura tych badań, ale z każdym eksperymentem zmniejsza się liczba możliwości.
Potrzebują sporo tego wsparcia!
Ah ta Sabina! Musiałem blacklistować kanał, bo miewałem koszmary.
Jajcenty, 20 grudnia 2020, 10:24
Mowa o Sabinie Hossenfelder? Przestałem oglądać jak się zorientowałem, że ona robi za piękną kobietę. Ładna i mądra to kombinacja, której żaden facet nie zniesie.
KONTO USUNIĘTE, 20 grudnia 2020, 10:59
Już wiem, skąd moja przekora w polemice z @AlexiaX
cyjanobakteria, 20 grudnia 2020, 15:01
Przeskrolowalem kilka jej wypowiedzi w formie tekstu i wydaje się być całkiem rozsądna. Ale co najmniej jedna osoba na tym forum, którą cenię za szeroką wiedzę, w przeszłości wypowiadała się negatywnie o niej.
Ja osobiście blaklistowałem kanał, bo pojawiał się od czasu do czasu w rekomendowanych, a jej body language działa na mnie niepokojąco. Szósty zmysł, pozostałości po "legacy hardware/software", instynkt z minionych epok, wysyła mi sygnały, żeby się do niej nie odwracać plecami
Widziałem tylko kilka filmów, ale mówiła jakby miała zaciśnięte ze złości zęby, a minę miała jakby właśnie się dowiedziała, że jej ulubiona rodzina z Gry o Tron została zamordowana 
peceed, 21 grudnia 2020, 02:00
Ten wniosek jest całkowicie nieuprawniony.
... a to ona sama chciała ich ubić.
Chętnie dowiem się jak MOND tłumaczy istnienie galaktyk prawie bez ciemnej materii, oraz galaktyki z jej większą ilością.
Ciekawe o jaką branżę chodzi.
Precyzyjniej usunęli rozróżnialność tych dwóch historii co spowodowało że mogły zacząć ze sobą interferować, ale nie żebym się czepiał bo doceniam starania
cyjanobakteria, 21 grudnia 2020, 17:04
Przypomniało mi się, jak 10 lat temu pisałem kod w JS do rysowania diagramów siłowych. Nie wiem czy to się tak tłumaczy, ale chodzi mi o wykresy "force-directed chart". To jest w dużym skrócie prosta symulacja fizyczna, która sama tworzy graf.
Wyglądało to tak, że węzły miały określony ładunek elektrostatyczny i masę oraz były połączone ze sobą sprężynami o określonej długości. Układ się następnie stabilizował z tłumieniem i kolizjami dopóki łączna energia kinetyczna nie spadła.
Musiałem dodać grawitację, żeby niepołączone ze sobą grafy się nie odpychały zbyt daleko. Ale coś namieszałem z jednostkami i parametrami i nie udało mi się osiągnąć zamierzonego efektu, dopóki nie zmodyfikowałem grawitacji
Grawitacja to oddziaływanie słabe, więc została wzmocniona i zamiast dzielić przez R^2, mnożyłem czyli siła rosła z kwadratem odległości 
Nie byłem z tego czynu szczególnie dumny, ale działało, bo grafy nie odlatywały zbyt daleko 