Вторник, 25.02.2020, 05:14
Приветствую Вас, Гость
Главная » 2014 » Июль » 7 » Новое измерение неизменной узкой структуры подтвердило справедливость квантовой электродинамики
10:48
Новое измерение неизменной узкой структуры подтвердило справедливость квантовой электродинамики

Французские физики измерили постоянную узкой структуры через импульс отдачи атомов с рекордной для этой методики точностью. Сопоставление с плодами, приобретенными по другой методике, привело к самой сильной проверке квантовой электродинамики за всю ее историю.Одно из направлений современной экспериментальной физики - измерение базовых физических констант с большой точностью, при этом различными методами. Смысл этих измерений в конечном счете заключается в том, чтоб проверить устройство нашего мира на самых глубинных масштабах методом сопоставления результатов измерений, проведенных по различным методикам и опирающимся на различные теории. Благодаря высочайшей точности измерений будут приметны даже самые слабенькие несостыковки. Потому даже в эру циклопических коллайдеров такие сверхточные опыты остаются одними из самых прозорливых инструментов для исследования устройства нашего мира.Одна из величин, которую физики определяют со всё растущей точностью уже многие десятилетия, - это так именуемая неизменная узкой структуры, обозначаемая греческой буковкой альфа. О том, как определяется данная величина, и о ее истории можно прочесть в анонсы Уточнена неизменная узкой структуры. Кратко, альфа - это безразмерная величина (равная приблизительно 1/137), которая охарактеризовывает силу электрического взаимодействия. Конкретно она определяет энерго уровни электронов в атомах - ведь эти уровни появляются за счет электронного притяжения электронов к ядру и электрического взаимодействия меж электронами. Фактически, и само заглавие альфы проистекает из узкой структуры уровней энергии в атомах. Так что альфа, не считая фундаментального энтузиазма, к тому же только принципиальна для всех спектроскопических способов исследовательских работ, к примеру для науки о материалах либо для астрофизики - ведь конкретно через спектроскопические измерения мы можем проверить состояние вещества либо получить различную информацию о дальних звездах, галактиках, квазарах.Более четкое значение неизменной узкой структуры было получено в недавнешних опытах по измерению магнитного момента электрона, проведенных группой под управлением Джеральда Габриэльса (Gerald Gabrielse) из Гарвардского института (зеленоватая точка на 1). О результатах этих тестов см. в той же заметке Уточнена неизменная узкой структуры; правда с того времени группа Габриэльса поставила новые опыты, в каких погрешность уже составляла не 0,7 миллиардных, а 0,37 миллиардных - измеренное ими значение неизменной узкой структуры составляет: 1/α = 137,035999084 ± 0,000000051.Но не следует забывать, что в этих опытах впрямую измеряется только магнитный момент электрона, а саму альфу позже вычисляют на основании формул квантовой электродинамики (КЭД). Эти формулы очень сложны (над их получением теоретики трудились многие годы), ну и сама КЭД может, вообщем говоря, не полностью точно обрисовывать действительность. Потому хорошо было бы измерить постоянную узкой структуры и каким-либо другим способом, не опирающимся так очень на формулы КЭД. Если результаты не сойдутся, означает найдено нечто внезапное; если сойдутся - это послужит дополнительной проверкой справедливости КЭД и выведенных в ее рамках формул.В недавнешней статье французских физиков, размещенной в журнальчике Physical Review Letters, сообщается об измерении неизменной узкой структуры другим способом (красноватая точка на 1). Приобретенный ими итог имеет относительную погрешность 4,6 миллиардных и в границах этих погрешностей совпадает со старенькым результатом. Это сопоставление оказалось самой жесткой проверкой посреди всех, которые выдержала КЭД за всю свою 50-летнюю историю.Использованный создателями способ измерения известен по сути достаточно издавна. Он опирается на то, что неизменная узкой структуры выражается с помощью очень обычного соотношения через энергию ионизации атома водорода, скорость света и постоянную Планка, деленную на массу электрона (h/m). Энергия ионизации измерена с большой точностью (относительная погрешность всего 0,007 миллиардных), скорость света вообщем считается полностью точно известной величиной, потому остается выяснить только отношение h/m.Вот здесь имеется загвоздка. И неизменная Планка, и масса электрона по отдельности известны достаточно плохо, с неопределенностью в 50 миллиардных толикой, потому просто брать числа из справочника и разделять одно на другое глупо. Но это отношение можно измерить экспериментально, и намного поточнее, чем любая из этих 2-ух величин по отдельности. Конкретно это и сделали французы, при этом аккуратнее, чем во всех прошлых опытах по этой методике.По сути, в отношении h/m заместо массы электрона можно подставить и массу какого-либо атома - это не принципно, так как отношение масс атомов и электрона тоже понятно отлично. Экспериментаторы в собственных опытах использовали атомы рубидия, которыми просто манипулировать с помощью света. Свет оказывает на вещество давление, потому каждый квант света обладает не только лишь энергией, да и импульсом. Из-за этого если сначало атом покоился, а позже впитал квант света, то после чего он будет двигаться с маленький скоростью. Эта скорость полностью определяется длиной волны поглощенного кванта света и отношением h/m (где m - это масса атома). Итак, чтоб измерить это отношение (а через него - и альфу), нужно просто «толкнуть» атом при помощи света и измерить скорость отдачи. 2. Встречные лазерные лучи делают в пространстве периодическое световое поле (слева). Будучи помещенным в такое световое поле, атомы рассаживаются по узлам решетки, образуя собственного рода кристалл (справа). Изображение составлено из рисунков к статье Condensed-matter physics: Optical lattices // Nature 453, 736-738 (5 June 2008)Измерить длину волны света для современной спектроскопии не составляет труда. А вот для измерения скорости с подходящей точностью создателям пришлось прибегнуть сходу к нескольким нетривиальным физическим эффектам.Они расположили атомы в «световую решетку», которую образуют лазерные лучи, направленные друг навстречу другу (см. 2). Вышел свободно висячий в пространстве кристалл из атомов, сделанный и удерживаемый светом. Потом экспериментаторы начинали двигать этот кристалл - это производилось за счет маленького дисбаланса частот встречных лазерных лучей. Вся система была настроена очень тонко, так что атомы попадали в резонанс с обоими лазерными лучами - они всасывали фотоны с частотой, как в одном лазерном луче, и резонансно источали фотоны с наименьшей частотой, как в другом луче. Таковой двойной резонанс был вероятен за счет эффекта Доплера: передвигающийся после толчка атом «видит» свет с чуток другой частотой, чем в лабораторной системе отсчета. Эта сдвижка (другими словами разница меж частотами 2-ух световых лучей) как раз и находится в зависимости от скорости атомов, позволяя измерить ее.Достигнутая французами точность пока на порядок ужаснее точности группы Габриэльса. Но создатели убеждают, что в ближнем будущем погрешность можно будет уменьшить в пару раз. Это подвергнет КЭД еще больше серьезной проверке и, может быть, даже даст более четкое значение неизменной узкой структуры.


заброшенные места новосибирской области
Просмотров: 184 | Добавил: admin | Рейтинг: 0.0/0