Постоянная тонкой структуры (1/137) описывает силу электромагнитного взаимодействия. Это значение показывает, как сильно заряженные частицы, такие как электроны, реагируют на электромагнитные поля. Если бы постоянная тонкой структуры имела другое значение, наша Вселенная выглядела бы совершенно по-другому — атомы имели бы другой размер, поэтому вся химия работала бы по-другому, и ядерный синтез в звездах тоже был бы совершенно другим.
Широко обсуждаемый вопрос заключается в том, действительно ли постоянная тонкой структуры постоянна или же она могла немного изменить свое значение за миллиарды лет.
У большинства важных физических констант есть определенная единица измерения — например, скорость света, которую можно выразить в метрах в секунду. С постоянной тонкой структуры дело обстоит иначе. У него нет единицы, это просто число — оно безразмерно и ни с чем не связано. Но обычно при измерении тонкой структуры необходимо измерять различные величины в разных физических единицах, а затем из этих результатов выводится значение постоянной тонкой структуры. И это, для точной науки, крайне странный метод.
Но, похоже, неопределенность в значении фундаментальной константы нашей Вселенной уходит прочь, благодаря исследователям из Венского технического университета. Ученые разработали эксперимент, который позволяет напрямую измерять постоянную тонкой структуры в виде угла.
Суть эксперимента в следующем. Ученые оттолкнулись от того, что лазерный луч имеет линейную поляризацию — свет колеблется точно в вертикальном направлении. Если луч попадает на слой специального материала толщиной всего несколько нанометров, то он изменяет направление поляризации света.
В материале, меняющем поляризацию лазерного луча, нет ничего необычного. Это могут сделать разные материалы. Чем толще слой материала, тем больше смещается поляризация лазера. Но в эксперименте все было немного иначе — поляризация менялась не непрерывно, а волнообразно.
При прохождении через тонкую пленку направление поляризации света совершает квантовый скачок. После прохождения световая волна колеблется в другом направлении, и когда вычисляется величина этого скачка, появляется поразительный результат: квант этого углового изменения и есть постоянная тонкой структуры.
Таким образом, у ученых теперь есть прямой доступ к чему-то совершенно необычному: кванту вращения. Постоянная тонкой структуры сразу становится видимой в виде угла, который куда проще выразить, не прибегая к сложным вычислениям в рамках конкретных систем.
