Hienorakennevakio vaihtelee paikan mukaan?

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Yhtenä fysiikan tutkimuksen perusoletuksista on pidetty sitä, että luonnonlait ovat vakioita: ne eivät muutu paikan eivätkä ajan mukaan. Samaa periaatetta on sovellettu tärkeisiin fysikaalisiin vakioihin, kuten valon nopeuteen ja niin sanottuun hienorakennevakioon.

Uusien, Physical Review Letters -lehteen julkaistaviksi lähetettyjen mittausten mukaan juuri hienorakennevakion arvo saattaa kuitenkin olla sijainnin mukaan noin 0,001 prosenttia pienempi tai suurempi kuin se on Maassa. Löydöstä kertovat New Scientist ja Physics World.

Australialaisen John Webbin tutkimusryhmän tuloksissa on uutta nimenomaan vakion vaihtelu paikan mukaan. Näyttöä hienorakennevakion vähäisestä muuttumisesta ajan myötä Webb kollegoineen löysi jo 1998.

Hienorakennevakio on yksikötön luku, joka kuvaa sähkömagneettisen vuorovaikutuksen suuruutta. Sen suuruus on hyvin olennainen esimerkiksi alkuaineiden esiintymisen kannalta: jos vakio olisi 4 prosenttia suurempi, tähdet eivät pystyisi tuottamaan hiiltä.

Pelkkä valonlähteen ikä ei selitä

Käytännössä Webbin ryhmä teki havaintonsa mittaamalla erittäin kaukaisten tähtitieteellisten kohteiden, kuten kvasaarien, lähettämän säteilyn spektriä. Eri spektriviivojen sijaintia vertaamalla voidaan päätellä valonlähteen iästä kertova punasiirtymä, mutta myös hienorakennevakion arvo valon syntyhetkellä ja syntypaikassa.

Juuri tällä tavoin Webb oli havainnut vuoden 1998 tutkimuksissaan, että kaikkein vanhimpien kohteiden spektri vastasi noin 0,001 prosentin poikkeamaa hienorakennevakiossa.

Vaihtelu paikan myötä havaittiin vertaamalla uusia, eteläiseltä taivaalta tehtyjä tuloksia aiempiin, pohjoiselta taivaalta mitattuihin. Eteläisellä taivaalla poikkeama osoittautui suurin piirtein yhtä suureksi, mutta vastakkaismerkkiseksi. Siten mittaustuloksia ei selitä pelkästään valonlähteen ikä.

Nimenomaan sitä löytöä, että hienorakennevakio saattaa vaihtua myös paikan eikä pelkästään ajan myötä, Webb kuvaa New Scientistille shokeeraavaksi. Samaa mieltä on Physics Worldin mukaan muun muassa Wim Ubachs Amsterdamin yliopistosta.

Kaikki tutkijat eivät kuitenkaan jaa Webbin innostusta uusista mittaustuloksista, vaan New Scientistin mukaan osa fyysikoista epäilee tuloksia virheellisiksi.

Myös väärä tulkinta on mahdollinen, vaikka havainnot olisivatkin täysin paikkansapitävät. Webbin suorittamat laskutoimitukset nimittäin edellyttävät, että syytä spektrissä havaittavaan vaihteluun nimenomaisesti etsitään hienorakennevakion vaihteluista. Jos sen sijaan vakiota pidetään ehdottomana vakiona, tulkinnan havainnoista täytyy olla toinen.

Webbin työtoveri Michael Murphy kuitenkin huomauttaa, että toistaiseksi kukaan ei ole osannut selittää edes 12 vuoden takaisia havaintoja vaihtoehtoisella, tyydyttävällä tavalla. Nyt uudet mittaukset antavat lisää painoarvoa käsitykselle hienorakennevakion vaihtelusta.

Webbin ryhmän tutkimusartikkeli, http://arxiv.org/abs/1008.3907

http://www.tekniikkatalous.fi/tk/articl ... =-17092010

Kommentit (5)

Vierailija

Yhtenä fysiikan tutkimuksen perusoletuksista on pidetty sitä, että luonnonlait ovat vakioita: ne eivät muutu paikan eivätkä ajan mukaan. Samaa periaatetta on sovellettu tärkeisiin fysikaalisiin vakioihin, kuten valon nopeuteen ja niin sanottuun hienorakennevakioon.

Uusien, Physical Review Letters -lehteen julkaistaviksi lähetettyjen mittausten mukaan juuri hienorakennevakion arvo saattaa kuitenkin olla sijainnin mukaan noin 0,001 prosenttia pienempi tai suurempi kuin se on Maassa. Löydöstä kertovat New Scientist ja Physics World.

Australialaisen John Webbin tutkimusryhmän tuloksissa on uutta nimenomaan vakion vaihtelu paikan mukaan. Näyttöä hienorakennevakion vähäisestä muuttumisesta ajan myötä Webb kollegoineen löysi jo 1998.

Hienorakennevakio on yksikötön luku, joka kuvaa sähkömagneettisen vuorovaikutuksen suuruutta. Sen suuruus on hyvin olennainen esimerkiksi alkuaineiden esiintymisen kannalta: jos vakio olisi 4 prosenttia suurempi, tähdet eivät pystyisi tuottamaan hiiltä.

Pelkkä valonlähteen ikä ei selitä

Käytännössä Webbin ryhmä teki havaintonsa mittaamalla erittäin kaukaisten tähtitieteellisten kohteiden, kuten kvasaarien, lähettämän säteilyn spektriä. Eri spektriviivojen sijaintia vertaamalla voidaan päätellä valonlähteen iästä kertova punasiirtymä, mutta myös hienorakennevakion arvo valon syntyhetkellä ja syntypaikassa.

Juuri tällä tavoin Webb oli havainnut vuoden 1998 tutkimuksissaan, että kaikkein vanhimpien kohteiden spektri vastasi noin 0,001 prosentin poikkeamaa hienorakennevakiossa.

Vaihtelu paikan myötä havaittiin vertaamalla uusia, eteläiseltä taivaalta tehtyjä tuloksia aiempiin, pohjoiselta taivaalta mitattuihin. Eteläisellä taivaalla poikkeama osoittautui suurin piirtein yhtä suureksi, mutta vastakkaismerkkiseksi. Siten mittaustuloksia ei selitä pelkästään valonlähteen ikä.

Nimenomaan sitä löytöä, että hienorakennevakio saattaa vaihtua myös paikan eikä pelkästään ajan myötä, Webb kuvaa New Scientistille shokeeraavaksi. Samaa mieltä on Physics Worldin mukaan muun muassa Wim Ubachs Amsterdamin yliopistosta.

Kaikki tutkijat eivät kuitenkaan jaa Webbin innostusta uusista mittaustuloksista, vaan New Scientistin mukaan osa fyysikoista epäilee tuloksia virheellisiksi.

Myös väärä tulkinta on mahdollinen, vaikka havainnot olisivatkin täysin paikkansapitävät. Webbin suorittamat laskutoimitukset nimittäin edellyttävät, että syytä spektrissä havaittavaan vaihteluun nimenomaisesti etsitään hienorakennevakion vaihteluista. Jos sen sijaan vakiota pidetään ehdottomana vakiona, tulkinnan havainnoista täytyy olla toinen.

Webbin työtoveri Michael Murphy kuitenkin huomauttaa, että toistaiseksi kukaan ei ole osannut selittää edes 12 vuoden takaisia havaintoja vaihtoehtoisella, tyydyttävällä tavalla. Nyt uudet mittaukset antavat lisää painoarvoa käsitykselle hienorakennevakion vaihtelusta.

Webbin ryhmän tutkimusartikkeli, http://arxiv.org/abs/1008.3907

http://www.tekniikkatalous.fi/tk/articl ... =-17092010

Vierailija

Hienorakennevakio on dimensioton luonnonvakio, joka kuvaa sähkömagneettisen vuorovaikutuksen suuruutta. Sitä merkitään tavallisesti symbolilla α. Sen suuruus ei riipu käytetyistä yksiköistä.

Kvanttielektrodynamiikassa (QED, joka on sähkömagneettisen vuorovaikutuksen kvanttikenttäteoria) hienorakennevakio on teorian (mitta-)kytkentävakio. Se kuvaa elektronien ja fotonien välisen kytkennän voimakkuutta. Tällaisessa mittakenttäteoriassa kuitenkin vuorovaikutuksen voimakkuus, ja siten myös kytkentävakion suuruus, muuttuvat vuorovaikutuksen energiaskaalan mukaan (nk. renormalisaatioryhmän virtaus). QED:ssa α kasvaa logaritmisesti energian suhteen, kun vuorovaikutuksen energia kasvaa. Edellä esitetty havaittu hienorakennevakion lukuarvo kuvaa kytkentävakion suuruutta energialla, joka vastaa elektronin massan suuruutta. Hienorakennevakion liukuvuus täytyy ottaa huomioon esimerkiksi tutkittaessa suurella energialla tapahtuvia hiukkasreaktioita hiukkaskiihdyttimillä tehdyissä kokeissa.

Historia
Sommerfeld vuonna 1897.

Alun perin hienorakennevakion otti käyttöön Arnold Sommerfeld selittäessään Bohrin atomimallin ennusteen eroavaisuutta havaittujen vetyatomin spektriviivojen kanssa.[2] Bohrin atomimalli selitti onnistuneesti vedyn spektriviivojen pääpiirteet, mutta lähemmin tarkasteltaessa huomattiin, että spektriviivat jakautuivat edelleen muodostaen hienorakenteen. Sommerfeld selitti tämän rakenteen muuttamalla Bohrin ympyräradat elliptisiksi sekä ottamalla huomioon ratojen elektroneille relativistiset korjaukset.

Ensimmäinen fysikaalinen selitys hienorakennevakiolle oli, että se oli relativistisessa Bohrin atomimallissa ensimmäisen kehän elektronin nopeuden sekä valonnopeuden suhde. Tai ekvivalentisti, maksimaalisen impulssimomentin, jonka suhteellisuusteoria sallii suljetulle radalle, sekä pienimmän impulssimomentin, jonka kvanttimekaniikka sille sallii, suhde. Hienorakennevakio ilmaantui Sommerfeldin analyysiin luonnollisesti, jossa se määritti vedyn spektriviivojen hienorakenteen suuruuden. Tästä juontuu myös vakion nimi.
http://fi.wikipedia.org/wiki/Hienorakennevakio

derz
Seuraa 
Viestejä2431
Liittynyt11.4.2005

Itsekin vähän "säikähdin" tuota uutista, mutta sitten luin täältä ensimmäisen kommentin:

John Duffield
The fine structure constant α = e²/2ε0hc is a running constant, and thus isn't actually constant, see NIST where you can read:

"Thus α depends upon the energy at which it is measured, increasing with increasing energy, and is considered an effective or running coupling constant. Indeed, due to e+e- and other vacuum polarization processes, at an energy corresponding to the mass of the W boson (approximately 81 GeV, equivalent to a distance of approximately 2 x 10^-18 m), α(mW) is approximately 1/128 compared with its zero-energy value of approximately 1/137. Thus the famous number 1/137 is not unique or especially fundamental."

Note that varying with energy also infers varying with gravitational potential due to the spatial self-energy of a gravitational field. People have been talking about measuring alpha near the sun in solar-probe experiments for at least ten years now. See for example:

SpaceTime Mission: Clock Test of Relativity at Four Solar Radii.

When you spot a variation in alpha out in space, what you're actually seeing is a variation in spatial energy density. This inhomogeneity causes gravity, and of course energy has a mass equivalence. Gravitationally speaking, it acts just like matter.

The paper is news because it blows away the anthropic principle, and gives other insights too: space is cold, space is dark, and variations in spatial energy density... matter.




Hienorakennevakio on siis "juokseva vakio", jonka arvo riippuu avaruuden paikallisesta energiatiheydestä (siis myös gravitaatiopotentiaalista). Tuo perus 1/137 on hienorakennevakion arvo nollapiste-energiatilassa. Ihmettelen vain kovasti, miten Webb & Co. on jättänyt tämän seikan huomiotta... sensaatiohakuisuutta?

∞ = ω^(1/Ω)

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26853
Liittynyt16.3.2005
derz
Hienorakennevakio on siis "juokseva vakio", jonka arvo riippuu avaruuden paikallisesta energiatiheydestä (siis myös gravitaatiopotentiaalista). Tuo perus 1/137 on hienorakennevakion arvo nollapiste-energiatilassa. Ihmettelen vain kovasti, miten Webb & Co. on jättänyt tämän seikan huomiotta... sensaatiohakuisuutta?



Tuossa alkuperäisessä jutussa puhuttiin 1E-5 suuruisista vaihteluista. Jos tuo vakion muutos energian suhteen on lineaarinen, tuollainen muutos edellyttäisi noin 8 MeV:energistasoa. Lämpötilana se on vaatimattomat 100 GK. Tuollainen alue, joka olisi kauttaaltaan kertaluokkia kuumempi kuin massiivisimpien tähtien ytimet, hohkaisi ehkäpä hieman eri tavalla kuin tyypillinen 3 K:n lämpötilassa oleva avaruus.

Uusimmat

Suosituimmat