Konstanta fine strukture

Konstanta fine strukture ili Zomerfeldova konstanta fine strukture, $\alpha$, je fundamentalna konstanta kojom se karakteriše jačina elektromagnetne interakcije. To je bezdimenzionalna veličina te njena vrednost ne zavisi od izbora sistema jedinica.

$\alpha =\frac{e^2}{\hslash c4\pi {ϵ}_0}=7,297352568(24)\times 10^{-3}=\frac{1}{137,03599911(46)}$ .

Srodne definicije

Konstanta fine strukture može da se definiše i kao

$\alpha =\frac{k_C{e}^2}{\hslash c}=\frac{e^2}{2{ϵ}_{0}hc},$

gde su $k_C$ Kulonova konstanta, $e$ elementarno naelektrisanje, $\hslash =h/(2\pi )$ redukovana Plankova konstanta, $c$ brzina svetlosti u vakuumu, i ${ϵ}_0$ dielektrična konstanta vakuuma.

Merenje

Konstanta $\alpha$ sadrži nekoliko drugih konstanti koje mogu nezavisno da se mere. Međutim, kvantna elektrodinamika (KED) pruža mogućnost za direktno merenje konstante $\alpha$ korišćenjem kvantnog Halovog efekta ili anomalnog magnetnog momenta elektrona.

KED predviđa vezu između Landeovog g-faktora elektrona, $g$ i konstante fine strukture $\alpha$. Novim merenjima faktora $g$ pomoću jednoelektronskog kvantnog ciklotrona, zajedno sa KED proračunima koji uključuju 891 Fajnmanove dijagrame, utvrđena je najpreciznija vrednost konstante $\alpha$:

${\alpha }^{-1}=137,035999710(96)$

dakle, sa preciznošću od 0,70 ppb (ppb = delova na milijardu). Greška merenja je deset puta manja nego u bilo kojoj drugoj metodi. Upoređivanje merene i izračunate $g$ vrednosti je najbolja proba za proveru valjanosti KED.

Fizičko tumačenje

$\alpha ={\left(\frac{e}{q_P}\right)}^2$.

$\alpha =\frac{e^2}{4\pi {ϵ}_{0}s}÷h\nu =\frac{e^2}{4\pi {ϵ}_{0}s}÷\frac{hc}{2\pi s}=\frac{e^2}{4\pi {ϵ}_0\hslash c}$

Da li je konstanta fine strukture zaista konstantna?

$\frac{\mathrm{\Delta }\alpha }{\alpha }\stackrel{\mathrm{d}\mathrm{e}\mathrm{f}}{=}\frac{{\alpha }_{\mathrm{t}\mathrm{h}\mathrm{e}\mathrm{n}}-{\alpha }_{\mathrm{n}\mathrm{o}\mathrm{w}}}{{\alpha }_{\mathrm{n}\mathrm{o}\mathrm{w}}}=-0,57\pm 0,10\times 10^{-5}.$

$\frac{\mathrm{\Delta }\alpha }{{\alpha }_{\mathrm{e}\mathrm{m}}}=-0,6\pm 0,6\times 10^{-6}.$

Numerološka objašnjenja

$\alpha =\frac{\cos (\pi /137)}{137}\frac{\tan (\pi /(137\cdot 29))}{\pi /(137\cdot 29)}\approx 1/137,0359997867$

Povezano

• Konstanta sprege
• Fundamentalna fizička konstanta

Vanjske veze

• -{R|http://physics.nist.gov/cuu/Constants/alpha.html}-
• -{R|http://scienceworld.wolfram.com/physics/FineStructureConstant.html}-
• Džon D. Barou, i Veb, Džon K., "Nekonzistentne konstante," Scientific American, jun 2005.