Najčudnija ili najraširenija konstanta u cijeloj fizici – konstanta fine strukture, šta je i koja joj je vrijednost?

U fizici, konstanta fine strukture, takođe poznata kao Sommerfeldova konstanta, obično označena α (grčko slovo alfa), predstavlja osnovnu fizičku konstantu koja karakteriše jačinu elektromagnetne interakcije između elementarnih naelektrisanih čestica.

Povezuje se sa elementarnim nabojem e, koji karakteriše jačinu spojnje elementarne naelektrisane čestice sa elektromagnetnim poljem, formulom 4πε0ħcα = e**2. Budući da je bezdimenziona veličina, ona ima istu numeričku vrijednost od oko 1/137 u svim sistemima jedinica. Arnold Sommerfeld je uveo konstantu fine strukture 1916. godine.

Konstanta fine strukture, α, ima nekoliko fizičkih tumačenja. neka od njih su:

  • Kvadrat odnosa elementarnog naelektrisanja i Planckovog naboja
  • Odnos dve energije: (i) energija potrebna za prevazilaženje elektrostatičkog odbijanja između dva elektrona na rastojanju od d , i (ii) energije jednog fotona talasne dužine λ = 2 π d.
  • Odnos brzine elektrona u prvom kružnoj orbiti Bohrovog modela atoma sa brzinom svetlosti u vakuumu, c. Ovo je originalno fizičko tumačenje Sommerfelda. Zatim kvadrat α je odnos između energije Hartree-a (27,2 eV = dvostruko Rydberg-ove energije = približno dvostruke energije ionizacije) i energije za odmor (511 keV).
  • Dva srazmera od tri karakteristične dužine: klasični elektronski radijus, Comptonova talasna dužina elektrona, i Bohr radijus.
    U kvantnoj elektrodinamici, α je direktno povezan sa konstantom kuplovanja koja određuje jačinu interakcije između elektrona i fotona. Teorija ne predviđa njenu vrijednost. Stoga, α mora biti određena eksperimentalno. Zapravo, α je jedan od oko 20 empirijskih parametara u Standardnom modelu fizike čestica, čija vrijednost nije određena unutar Standardnog modela.

U elektroslaboj teoriji koja ujedinjuje slabu interakciju sa elektromagnetizmom, α se apsorbuje u dve druge konstante spojnice povezane s elektroslabim poljima. U ovoj teoriji, elektromagnetna interakcija se tretira kao mešavina interakcija povezanih sa elektrolitskim poljima. Snaga elektromagnetne interakcije varira sa snagom energetskog polja.

Historija

Arnold Sommerfeld je uveo konstantu fine strukture 1916. godine, kao deo njegove teorije relativističkih odstupanja atomskih spektralnih linija iz predviđanja Bohr modela. Prvo fizičko tumačenje konstanta fine strukture α je bilo kao odnos brzine elektrona u prvom kružnom orbitu relativističkog Bohr-a sa brzinom svetlosti u vakuumu. Ekvivalentno, to je bio količnik između minimalnog kružnog momenta dozvoljen relativnošću za zatvorenu orbitu i minimalnog kružnog momenta koji je omogućen kvantnom mehanikom. Izgleda prirodno u Sommerfeldovoj analizi i određuje veličinu cepanja ili fine strukture hidrogenskih spektralnih linija.

Antropično objašnjenje

Antropski princip je kontroverzni argument zašto konstanta fine strukture ima vrijednost koju ima: stabilna materija, a samim tim i život i inteligentna bića, ne bi mogli postojati da je njega vrijednost bila mnogo drugačija. Na primjer, da je α promenjen za 4%, zvezdana fuzija ne bi proizvela ugljenik, tako da život na bazi ugljenika ne bi bio moguć. Da je α bio > 0,1, zvezdana fuzija bila bi nemoguća i nijedno mesto u svemiru ne bi bilo dovoljno toplo za život kao što ga znamo.

Misterija o α je zapravo dvostruka misterija. Prva misterija – poreklo njegove numeričke vrednosti α ≈ 1/137 je prepoznata i diskutovana decenijama. Druga misterija – raspon njegovog domena – generalno je neprepoznata.- Malcolm H. Mac Gregor, M.H. MacGregor (2007). Moć Alpha. World Scientific. str. 69. ISBN 978-981-256-961-5.

 

 1,875 total views,  14 views today

Arnes K.

Ja sam nastavnik i profesor fizike koji nastoji da ispuni rupe u svom i svačijem znanju kako bi svi bili bolje informisani i mogli da donosimo bolje odluke i živimo bolji život.

Šta vi mislite o ovom? Ostavite vaš komentar i podijelite mišljenje sa svima.

Sva Fizika
%d bloggers like this: