Os cientistas encontram o 'número mágico' que liga as forças do universo

Os pesquisadores melhoram drasticamente a precisão de um número que conecta forças fundamentais.

Cientistas encontram o

O Universo e a constante de estrutura fina.



Crédito: Adobe Stock / gov-civ-guarda.pt
  • Uma equipe de físicos realizou experimentos para determinar o valor preciso da constante de estrutura fina.
  • Este número puro descreve a força das forças eletromagnéticas entre as partículas elementares.
  • Os cientistas melhoraram a precisão dessa medição em 2,5 vezes.

Os físicos determinaram com tremenda precisão o valor do que tem sido chamado de 'número mágico' e considerado um dos maiores mistérios da física por cientistas famosos como Richard Feynman. O constante de estrutura fina (indicado pelo grego uma para 'alfa' ) mostra a força das forças eletromagnéticas entre as partículas elementares como elétrons e prótons e é utilizado em fórmulas relativas à matéria e luz.



Esse número puro, sem unidades e dimensões, é a chave para o funcionamento do modelo padrão da física. Os cientistas foram capazes de melhorar sua precisão 2,5 vezes ou 81 partes por trilhão (p.p.t.), determinando o valor da constante a ser uma = 1 / 137.03599920611 (com os dois últimos dígitos ainda sendo incertos).

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Como os pesquisadores Escreva em seu artigo, localizar a constante de estrutura fina com notável exatidão não é apenas um empreendimento complexo, mas tem importância crucial 'porque as discrepâncias entre as previsões do modelo padrão e as observações experimentais podem fornecer evidências de uma nova física'. Obter um valor muito preciso para uma constante fundamental pode ajudar a fazer previsões mais precisas e abrir novos caminhos e partículas, já que os físicos procuram reconciliar sua ciência com o fato de que ainda não entendem totalmente a matéria escura, a energia escura e a discrepância entre as quantidades de matéria e antimatéria.



A constante de estrutura fina, introduzida pela primeira vez em 1916, descreve a força da interação eletromagnética entre a luz e as partículas elementares carregadas, como elétrons e múons. Confirmar a constante com tal precisão cimenta ainda mais os cálculos com base no modelo padrão da física. Outras conclusões também decorrem desse conhecimento, como o fato de que um elétron não tem subestrutura e é, de fato, uma partícula elementar. Se pudesse ser quebrado ainda mais, exibiria um momento magnético que não se conformaria com o que foi observado.

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Em um entrevista com a Quanta Magazine, o físico vencedor do Prêmio Nobel Eric Cornell (que não esteve envolvido no estudo), explicou que há proporções de objetos maiores para menores que aparecem na 'física da matéria de baixa energia - átomos, moléculas, química, biologia. ' E, surpreendentemente, 'essas proporções tendem a ser potências da constante de estrutura fina', acrescentou ele.

O processo para medir a constante de estrutura fina envolveu um feixe de luz de um laser que fez um átomo recuar. As cores vermelha e azul indicam os picos e vales da onda de luz, respectivamente.



Crédito: Natureza

Para a nova medição, oequipe de quatro físicos liderados por Saïda Guellati-Khélifa no Laboratório Kastler Brossel em Paris,usou a técnica da onda de matéria interferometria . Essa abordagem envolve a superposição de ondas eletromagnéticas para causar um padrão de interferência, que é então estudado para novas informações. No experimento específico para obter o novo valor constante de estrutura fina, os cientistas direcionaram um feixe de laser para átomos de rubídio super-resfriados para fazê-los recuar enquanto absorvem e emitem fótons. Ao medir a energia cinética do recuo, os cientistas deduziram a massa do átomo, que foi então usada para calcular a massa do elétron. A constante uma foi encontrada na próxima etapa, tirada da massa do elétron e da energia de ligação de um átomo de hidrogênio, que foi obtida por espectroscopia.

Confira o novo papel publicado na revista Nature.

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