Czy stałe podstawowe są na pewno stałe?

Naukowcy zbadali odległą gwiazdę, której grawitacja jest 30 000 razy większa niż ziemska, aby zweryfikować teorię o stałości bądź zmienności stałej struktury subtelnej. (Źródło: UNSW)
Międzynarodowa grupa naukowców zbadała odległą gwiazdę, której grawitacja jest 30 000 razy większa od ziemska. Badania miały na celu weryfikację kontrowersyjnego modelu pokazującego, że jedna z fundamentalnych stałych fizycznych w rzeczywistości nie jest stała.

Dr Julia Berengut wraz z kolegami wykorzystali Kosmiczny Teleskop Hubble’a do zmierzenia stałej struktury subtelnej α w pobliżu białego karła.

Stała struktury subtelnej charakteryzuje siłę oddziaływań elektromagnetycznych i jest wielkością bezwymiarową wyliczaną na podstawie innych stałych fizycznych: ładunku elektronu, stałej Plancka, prędkości światła i przenikalności elektromagnetycznej próżni. Dotychczas nie wyjaśniono w sposób zadowalający dlaczego jej wartość jest właśnie taka oraz czy jest to wielkość stała.

Uzyskane przez grupę badaczy wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Physical Review Letter. Wcześniejsze wyniki wykonane przez tą grupę w oparciu o analizę światła z odległych kwazarów pokazały, że wartość stałej może się zmieniać we Wszechświecie. Jednak sami badacze mają świadomość, że twierdzenie, iż prawa fizyki są różne w różnych miejscach w kosmosie wymaga solidnych dowodów.

Właśnie w tym celu wybrano białego karła, ponieważ wcześniejsze przewidywania sugerowały, że stała struktury subtelnej może się zmienić w miejscach gdzie grawitacja jest bardzo silna. Wystarczy zatem zmierzyć wartość stałej α w pobliżu białego karła i porównać ją z tym co uzyskano w ziemskim laboratorium.

Białe karły to bardzo gęste gwiazdy będące u schyłku swojego życia. Naukowcy zbadali światło absorbowane przez jony niklu i żelaza znajdujące się w atmosferze białego karła, zwanego G191-B2B. Jony są utrzymywane nad powierzchnią w wyniku silnego promieniowania, mimo iż działa na nie bardzo silne przyciąganie grawitacyjne pochodzące od gwiazdy.

Widmo absorpcyjne pozwala na wyznaczenie wartości stałej α z bardzo dużą dokładnością. Naukowcy wyliczyli, że różnica między stałą struktury subtelnej w silnym polu grawitacyjnym a tą wyznaczoną na Ziemi musi być mniejsza niż jedna dziesięciotysięczna. Zatem wpływ silnego pola grawitacyjnego może jedynie bardzo słabo wpływać na wartość samej stałej. Dr Berengut komentuje, że konieczne są bardziej precyzyjne pomiary jonów niklu i żelaza na Ziemi, aby móc je lepiej porównać z danymi astronomicznymi. Wówczas będzie można określić ewentualną różnicę z dokładnością do jednej milionowej, co pozwoli na stwierdzenie czy stała struktury subtelnej jest rzeczywiście stała.


Artykuł:  Phys. Rev. Lett. 111, 010801 (2013), "Limits on the Dependence of the Fine-Structure Constant on Gravitational Potential from White-Dwarf Spectra" , J.C.Berengut i in.

Hubert Siejkowski | Źródło:  sciencedaily.com,  Phys.Rev.Lett.

Liczba odsłon: 1094