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기본 상수가 진행됨에 따라 빛의 속도, , 모든 명성을 즐깁니다 의 수치 적 가치는 자연에 대해 아무 말도하지 않습니다. 초당 미터 또는 시간당 수 마일로 측정되는지 여부에 따라 다릅니다. 대조적으로 미세 구조 상수는 치수 나 단위가 없습니다. Richard Feynman이 묘사 한 것처럼 우주를 놀라운 정도로 형성하는 순수한 숫자입니다. Paul Dirac은 숫자의 기원을“물리학의 가장 근본적인 미해결 문제”라고 생각했습니다.
수치 적으로, 그리스 문자 α (알파)로 표시되는 미세 구조 상수는 1/137의 비율에 매우 가깝습니다. 그것은 일반적으로 빛과 물질을 지배하는 공식으로 나타납니다. 콜로라도 대학교, 볼더 및 국립 표준 기술 연구소의 노벨상을 수상한 물리학자인 에릭 코넬 (Eric Cornell)은“건축과 마찬가지로 황금 비율이 있습니다. "저에너지 물질 (원자, 분자, 화학, 생물학)의 물리학에는 더 큰 것들에 대한 더 큰 것들의 비율이 항상 존재한다고 그는 말했다. "이러한 비율은 미세 구조 상수의 힘 인 경향이 있습니다."
상수는 전자 및 양성자와 같은 하전 입자에 영향을 미치는 전자기력의 강도를 특성화하기 때문에 상수는 어디에나 있습니다. “우리의 일상 세계에서는 모든 것이 중력이나 전자기입니다. 그렇기 때문에 알파가 중요한 이유입니다.”버클리 캘리포니아 대학교의 물리학 자 홀러 ül 러 (Holger Müller)는 말했습니다. 1/137이 작기 때문에 전자기는 약합니다. 결과적으로, 하전 된 입자는 전자가 먼 거리에서 공선을 돌리고 쉽게 뛰어 내려 화학적 결합을 가능하게하는 통풍이 잘된 원자를 형성합니다. 반면에, 상수도는 충분히 크다. 물리학 자들은 그것이 1/138과 같은 것이라면, 별은 탄소를 만들 수없고, 우리가 존재하지 않을 것인지 알면서 생명을 만들 수 없을 것이라고 주장했다.
.물리학 자들은 알파의 특정 가치가 어디에서 왔는지에 대한 세기의 강박 관념에 대해 다소 포기했다. 그들은 이제 기본 상수가 무작위 일 수 있음을 인정합니다. 우주의 태어날 때 우주 주사위 롤에서 결정되었습니다. 그러나 새로운 목표가 인수되었습니다.
물리학 자들은 가능한 한 정확하게 미세 구조를 일정하게 측정하려고합니다. 그것이 보편적이기 때문에 측정하면 입자 물리학의 표준 모델로 알려진 장엄한 방정식 세트 인 기본 입자 간의 상호 관계 이론을 정확하게 테스트 할 수 있습니다. 관련 수량의 초-프레이즈 측정 사이의 불일치는 표준 방정식에 의해 설명되지 않는 새로운 입자 또는 효과를 가리킬 수 있습니다. 코넬은 이러한 종류의 정밀 측정을 입자 콜리더 및 망원경과 함께 우주의 기본 작업을 실험적으로 발견하는 세 번째 방법이라고 부릅니다.
자연의 새로운 논문에서 파리의 Kastler Brossel Laboratory에서 Saïda Guellati-Khélifa가 이끄는 4 명의 물리학 자 팀은 미세 구조 상수에 대한 가장 정확한 측정을보고했습니다. 이 팀은 11 번째 소수점 자리로 상수의 가치를 측정하여 α =1/137.035999206.
라고보고했습니다.1 조 당 81 부의 오류가 발생하면서 새로운 측정은 2018 년 주요 경쟁 인 버클리 (Berkeley)의 Müller 그룹에 의해 이전 최고의 측정보다 거의 3 배 더 정확합니다. (Guellati-Khélifa는 2011 년 Müller가 있기 전에 가장 정확한 측정을했습니다.) Müller는 라이벌의 Alpha에 대한 그의 새로운 측정에 대해 다음과 같이 말했습니다. 이것을 큰 성취라고 부르는 것에 대해 부끄러워하지 마십시오.”
Guellati-Khélifa는 지난 22 년간 실험을 개선 해 왔습니다. 그녀는 광자를 흡수 할 때 Rubidium 원자가 얼마나 강하게 반발하는지 측정하여 미세 구조 상수를 측정합니다. (Müller는 세슘 원자와 동일하게 수행합니다.) 반동 속도는 Rubidium 원자가 얼마나 무거운 Rubidium 원자인지를 나타냅니다. 즉 미세 구조 상수를 위해 간단한 공식으로 측정하기 가장 어려운 요소입니다. Müller는“병목 현상 인 경우 항상 가장 정확한 측정이므로 미세 구조가 일정하게 개선 될 수 있습니다.”라고 Müller는 설명했습니다.
파리 실험자들은 루비듐 원자를 거의 절대 0으로 식은 다음 진공 챔버에 떨어 뜨리는 것으로 시작합니다. 원자의 구름이 떨어지면 연구원들은 레이저 펄스를 사용하여 원자를 두 상태의 양자 중첩에 넣습니다. 더 많은 레이저 펄스가 중첩의 반쪽을 다시 가져올 때까지 각 원자의 두 가지 가능한 버전은 별도의 궤적에서 이동합니다. 빛에 의해 차면 원자 반동이 많을수록 위상이 없어지지 않습니다. 연구원들은이 차이를 측정하여 원자의 반동 속도를 드러냅니다. Guellati-Khélifa는“반동 속도에서 원자의 질량을 추출하고 원자의 질량은 미세 구조 상수의 결정에 직접 관여합니다.
이러한 정확한 실험에서는 모든 세부 사항이 중요합니다. 새 논문의 표 1은 최종 측정에 영향을 미치는 16 개의 오류 및 불확실성 소스를 나열하는 "오류 예산"입니다. 여기에는 중력과 지구의 로테이션에 의해 만들어진 코리올리 세력이 포함되어 있습니다. 오류 예산의 대부분은 레이저의 우화에서 나온다. 연구원들은 수년을 완성했다.
Guellati-Khélifa의 경우 가장 어려운 부분은 언제 멈추고 출판 해야하는지 아는 것입니다. 그녀와 그녀의 팀은 코로나 바이러스가 프랑스에서 발판을 얻는 것처럼 2020 년 2 월 17 일 주를 중단했습니다. Guellati-Khélifa는 출판을 결정하는 것이 그림이 끝났다고 결정하는 예술가와 같다고 말했다. 정확히. 정확히.”
놀랍게도, 그녀의 새로운 측정은 Müller의 2018 년과 다릅니다. 이는 루비듐과 세슘의 근본적인 차이를 부과하는 것을 의미합니다. 측정 중 하나 또는 둘 다에 대한 오류가없는 오류가 있습니다. 파리 그룹의 측정은 더 정확하므로 현재 우선권이 있지만 두 그룹 모두 설정을 개선하고 다시 시도합니다.
.두 측정은 다르지만 전자의 정확한 측정에서 추론 된 알파의 값과 밀접하게 일치합니다. -자기 모멘트와 관련된 일정한 변수, 또는 전자가 자기장에서 경험하는 토크. “미세 구조 상수를 g 에 연결할 수 있습니다 코넬은 말했다. "[표준 모델의] 방정식에서 신체적 영향이 빠졌다면 답이 잘못 될 것입니다."
대신, 측정은 아름답게 일치하며, 새로운 입자에 대한 몇 가지 제안을 배제합니다. 최고 g 사이의 계약 -Factor 측정 및 Müller의 2018 년 측정은 표준 모델의 가장 큰 승리로 환영 받았습니다. Guellati-Khélifa의 새로운 결과는 더 나은 일치입니다. "이것은 이론과 실험 사이의 가장 정확한 일치입니다."라고 그녀는 말했습니다.
그럼에도 불구하고 그녀와 ül 러는 모두 추가 개선을 시작했습니다. 버클리 팀은 더 넓은 빔으로 새로운 레이저로 전환했습니다 (세슘 원자 구름을 더 균일하게 파괴 할 수 있음), 파리 팀은 무엇보다 진공 챔버를 교체 할 계획입니다.
.어떤 종류의 사람이 그러한 크기의 개선에 큰 노력을 기울이고 있습니까? Guellati-Khélifa는 세 가지 특성을 지명했습니다.“당신은 자신에게 엄격하고 열정적이며 정직해야합니다.” Müller는 같은 질문에 대한 응답으로“반짝이는 멋진 기계를 만드는 것을 좋아하기 때문에 흥미 진진하다고 생각합니다. 그리고 나는 그들을 중요한 것에 적용하는 것을 좋아합니다.” 그는 아무도 유럽의 대형 Hadron Collider와 같은 고 에너지 콜라이더를 한 손으로 구축 할 수 없다고 지적했다. 그러나 Müller는 초대형기구보다는 초고전적인 악기를 구성함으로써“기본 물리학과 관련된 측정을 수행 할 수 있지만 3-4 명입니다.”
.Natalie Wolchover는 의 선임 작가이자 편집자입니다 물리 과학을 다루는 Quanta 잡지.
