A constante de estrutura fina é uma das constantes naturais mais importantes de todas.Na TU Wien, uma maneira notável de medi-la foi encontrada – ela aparece como um ângulo de rotação.
Um sobre 137: Este é um dos números mais importantes da física. É o valor aproximado da chamada constante de estrutura fina – uma quantidade física que é de grande importância na física atômica e de partículas.
Existem muitas maneiras de medir a constante de estrutura fina – geralmente ela é medida indiretamente, medindo outras grandezas físicas e usando-as para calcular a constante de estrutura fina. Na TU Wien, no entanto, um experimento foi realizado agora, no qual a própria constante da estrutura fina pode ser medida diretamente – como um ângulo.
1/137 – o código secreto do universo
A constante de estrutura fina descreve a força da interação eletromagnética. Ele indica como as partículas fortemente carregadas, como os elétrons, reagem aos campos eletromagnéticos. Se a constante de estrutura fina tivesse um valor diferente, nosso universo seria completamente diferente – os átomos teriam um tamanho diferente, então toda a química funcionaria de maneira diferente, e a fusão nuclear nas estrelas também seria completamente diferente.
Uma questão muito discutida é se a constante de estrutura fina é realmente constante, ou se poderia ter mudado seu valor um pouco ao longo de bilhões de anos.
Medições diretas em vez de cálculos
“As constantes físicas mais importantes têm uma unidade específica – por exemplo, a velocidade da luz, que pode ser dada na unidade de metros por segundo”, diz o professor Andrei Pimenov do Instituto de Física do Estado Sólido da TU Wien. “É diferente com a constante de estrutura fina. Não tem unidade, é simplesmente um número – é adimensional.”
Mas geralmente, quando a estrutura fina é medida, várias quantidades com diferentes unidades físicas devem ser medidas, e então o valor da constante da estrutura fina é inferido a partir desses resultados. “Em nosso experimento, por outro lado, a própria constante de estrutura fina se torna diretamente visível”, diz Andrei Pimenov.
Um filme fino que gira a luz
Um feixe de laser é polarizado linearmente – a luz oscila exatamente na direção vertical. Em seguida, o feixe atinge uma camada de um material especial com apenas alguns nanômetros de espessura. Este material tem a propriedade de alterar a direção de polarização da luz.
“‘Um material girando a polarização de um feixe de laser não é, por si só, nada incomum. Diferentes materiais podem fazer isso; quanto mais espessa a camada de material, mais a polarização do laser é girada. Mas estamos lidando com um efeito completamente diferente. aqui”, explica Andrei Pimenov. “No nosso caso, a polarização não é girada continuamente – ela salta.”
Ao passar pelo filme fino, a direção de polarização da luz realiza um salto quântico. Depois de passar, a onda de luz oscila em uma direção diferente da anterior. E quando o tamanho desse salto é calculado, um resultado surpreendente aparece: o quantum dessa mudança angular é exatamente a constante de estrutura fina.
“Assim, temos acesso direto a algo bastante incomum: um quantum de rotação”, diz Andrei Pimenov. “A constante de estrutura fina torna-se imediatamente visível como um ângulo.”
Publicado em 27/11/2022 08h06
Artigo original:
Estudo original: