Οι βασικές σταθερές της φύσης δεν ονομάζονται τυχαία σταθερές. Η φυσική προϋποθέτει ότι είναι σταθερές για να μπορεί να ξέρει ότι το σύμπαν λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο παντού και πάντα. Τώρα όμως μετρήσεις των ραδιοφασμάτων ενός μακρινού νέφους αερίου υπονοούν ότι ορισμένες θεμελιώδεις ποσότητες δεν μπορούν να είναι καθόλου σταθερές, αυξάνοντας έτσι την πιθανότητα ότι ίσως είναι αναγκαία μια ριζική επανεξέταση του καθιερωμένου μοντέλου της σωματιδιακής φυσικής.
Οι αποδείξεις γι αυτό προέρχονται από τις παρατηρήσεις από ένα πυκνό νέφος αερίου, περίπου, 2,9 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά μας που έχει μια ραδιοπηγή, την ενεργό υπερμεγέθη μαύρη τρύπα PKS 1413+135, ακριβώς πίσω του. Οι ρίζες υδροξυλίου μέσα στο νέφος του αερίου απορροφούν την ραδιοενέργεια του γαλαξία σε ορισμένα μήκη κύματος και την εκπέμπουν εκ νέου σε διάφορα μήκη κύματος. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την λεγόμενη “σύζευξη" στο ραδιοφάσμα του αερίου, δηλαδή μια μείωση στην ένταση (βύθιση), που αντιστοιχεί σε απορρόφηση καθώς και μία συνοδευτική απότομη αύξηση (ακίδα) που αντιστοιχεί στην εκπομπή.
Η βύθιση και η ακίδα έχουν την ίδια μορφή, πράγμα που δείχνει ότι προκύπτουν από ον ίδιο αέριο. Αλλά ο Nissim Kanekar του Κέντρου για την Ραδιο-Αστροφυσική της Ινδίας, και οι συνεργάτες του διαπίστωσαν ότι το χάσμα ή η διαφορά στη συχνότητα μεταξύ των δύο (της βύθισης και της ακίδας) ήταν μικρότερη από ότι θα περιμέναμε από τις ιδιότητες του υδροξυλίου.
Το χάσμα εξαρτάται από τρεις θεμελιώδεις σταθερές: το λόγο της μάζας των πρωτονίων προς τη μάζα του ηλεκτρονίου, το λόγο που μετράει την απόκριση του πρωτονίου σε ένα μαγνητικό πεδίο, και τρίτον την σταθερά λεπτοδομής άλφα, η οποία διέπει την ισχύ της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης. Η διαφορά στο μέγεθος του χάσματος μας δίνει επομένως μια «δειλή απόδειξη» ότι μία ή και περισσότερες από αυτές τις σταθερές μπορεί κάποτε να ήταν διαφορετική σε αυτή την περιοχή του διαστήματος, υποστηρίζει ο Kanekar.
Η μεταβολή σε αυτές τις σταθερές, αν είναι γνήσια, είναι πολύ μικρή. Για παράδειγμα, αν μια αλλαγή στην σταθερά άλφα ήταν η μόνη υπεύθυνη για την ασυμφωνία, τότε οι μετρήσεις δείχνουν ότι η σταθερά άλφα θα ήταν 0,00031 τοις εκατό μόλις μικρότερη 3 δισεκατομμύρια χρόνια πριν από σήμερα. Αλλά ακόμη και ένα τόσο μικρό αποτέλεσμα, θα απαιτήσει να βρεθεί "μια νέα, πιο θεμελιώδης θεωρία της φυσικής των σωματιδίων" για να εξηγηθεί το φαινόμενο, λέει ο Michael Murphy του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου στη Μελβούρνη.
Μετρήσεις που έγιναν από τον Murphy στο ορατό φως από τα απόμακρα κβάζαρ που απορροφάται από ενδιάμεσα νέφη αερίου υπαινίσσονται, επίσης, ότι η σταθερά λεπτοδομής άλφα ήταν μικρότερη κατά το παρελθόν. Αλλά δεν ήταν ποτέ βέβαιο ότι το φως που μετρήθηκε προέρχονταν εξ’ ολοκλήρου από την ίδια περιοχή. "Αυτή είναι μια βασική υπόθεση”, λέει ο Murphy.
"Οι ραδιομετρήσεις επί του παρόντος φαίνεται να είναι η πλέον ελπιδοφόρος οδός για την ασφαλή ανίχνευση της διαρκούς εξέλιξης της λεπτοδομής”, τονίζει ο Jeffrey Newman του Πανεπιστημίου του Pittsburgh. “Όμως, εγώ δεν θα το ονόμαζα παρά ότι κρύβεται ένας υπαινιγμός. Είναι δε η πρώτη εφαρμογή της νέας τεχνικής."
Η λεπτή διαφορά που βρέθηκε από την ομάδα του Ινδού Nissim Kanekar μπορεί να προκαλείται από μια «μόλυνση» από το φως μιας άλλης περιοχής διαγαλαξιακού αερίου. Τον περασμένο μήνα, η ομάδα του άρχισε να χρησιμοποιεί το ραδιοτηλεσκόπιο ραδιόφωνο Αρεσίμπο στο Πουέρτο Ρίκο για να αποφανθεί αν αυτό πράγματι ισχύει.
Πυρηνικά αντί ατομικά ρολόγια για χρονομέτρηση
Οι φυσικές σταθερές θα μπορούσαν να μετρηθούν με πρωτοφανή ακρίβεια, αν τα ατομικά ρολόγια γίνουν πυρηνικά.
Τα παραδοσιακά ατομικά ρολόγια στηρίζονται στη συχνότητα με την οποία τα ηλεκτρόνια μετακινούνται μεταξύ των διαφόρων ενεργειακών καταστάσεων. Μετρήσεις των συχνοτήτων αυτών έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί για να έχουμε έναν εξαιρετικά ακριβή προσδιορισμό των φυσικών σταθερών, αποδεικνύοντας ότι κάθε μεταβολή της σταθεράς λεπτοδομής, της άλφα, που ρυθμίζει την ισχύ της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης, δεν είναι μεγαλύτερη από το 1 μέρος προς το 1017 ανά έτος.
Τελευταία όμως ο Wade Rellergert του Πανεπιστημίου στο Λος Άντζελες, και οι συνεργάτες του λένε πως ένα ρολόι που χρησιμοποιεί σαν βάση τις μεταβάσεις μεταξύ των επιπέδων ενέργειας στους πυρήνες του θορίου-229, θα μπορούσε ενδεχομένως να βελτιώσει αυτό το όριο με ένα συντελεστή 100.
Σε αντίθεση με άλλους ατομικούς πυρήνες, οι πυρήνες του θόριου-229 διαθέτουν μια μετάβαση που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να φτιαχτεί ένα ρολόι υπερακριβείας. Η μετάβαση αυτή είναι πιο ευαίσθητη στις οποιεσδήποτε αλλαγές στις θεμελιώδεις σταθερές, έτσι ώστε κάθε αλλαγή στη συχνότητα του θα μπορούσε να μας αποκαλύψει τις αλλαγές στην σταθερά άλφα ή να θέσει αυστηρότερα όρια για οποιαδήποτε αλλαγή.
Τα μέλη της τελευταίας ομάδας εργάζονται τώρα για την δημιουργία κρυστάλλων αναμιγμένα με άτομα θορίου-229. Με αυτά τα κρύσταλλα θα είναι σε θέση να κάνουν ταυτόχρονες μετρήσεις σε πάνω από 10 δισεκατομμύρια πυρήνες θορίου-229 από ότι αν χρησιμοποιήσουν άλλες μεθόδους. Έτσι, θα μπορούσαν να βοηθήσουν να γίνουν αντιληπτές τυχόν αποκλίσεις στη συχνότητα μετάβασης με την πάροδο του χρόνου, ισχυρίζεται ο Rellergert.
Πηγή: New Scientist
Η σταθερά λεπτής υφής , α, είναι ένα μέτρο της ισχύος της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης, με την οποία τα ηλεκτρόνια δεσμεύονται μέσα στα άτομα και τα μόρια. Ορίζεται ως
α = e2/h bar c = 1/137
όπου e είναι το φορτίο του ηλεκτρονίου, h bar είναι η σταθερά του Planck διαιρεμένη δια 2π, και c είναι η ταχύτητα του φωτός στο κενό. Η σταθερά λεπτής υφής παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον διότι είναι αδιάστατος αριθμός. Αυτό την κάνει πιο θεμελιώδη από άλλες σταθερές η τιμή των οποίων εξαρτάται από τις μονάδες μέτρησης.
Διαβάστε και τα σχετικά άρθρα
Leave a Comment