Дослідження вчених з Німеччини та Великобританії показали, що ставлення мас протона і електрона не змінюється з часом. Точність експерименту була достатньою, щоб помітити зміну більше однієї мільйонної за 5 млрд років.
Властивості нашого світу визначаються значеннями фундаментальних фізичних констант (констант), що входять в різні фізичні закони. До них відносяться постійна тонкої структури, постійна Планка, швидкість світла, елементарний заряд і т.д.
Наука і життя // Ілюстрації
Схема експериментальної установки для вимірювання переходів E2 і E3, що визначають тактові частоти іона ітербію (171 Yb +).
<
>
Один з найважливіших питань в дослідженні еволюції Всесвіту - питання про те, чи змінюються значення фундаментальних констант з плином часу. Доказ того, що константи змінюються в часі і просторі, буде означати, що закони фізики неоднакові для різних частин Всесвіту або тимчасових інтервалів її розвитку.
Це питання природним чином виник після відкриття в 20-і роки ХХ століття розширення Всесвіту. Його можна сформулювати більш широко: а чи можуть існувати фізичні константи в динамічно розвивається всесвіту? Цілий ряд космологічних теорій і теорій об'єднання гравітації з іншими фундаментальними взаємодіями пророкують, що, по крайней мере, деякі фундаментальні константи можуть змінюватися в розширення Всесвіту. Тому виявлення таких змін дало б важливу інформацію про структуру і розвиток Всесвіту. Ці дослідження важливі і для метрології, яка розробляє систему одиниць, засновану на фундаментальних константах.
В даний час немає надійних експериментальних або спостережних даних, які б свідчили про такі зміни. Однак всі вони мають цілком певну точність. Крім того, деякі астрофізичні і геофізичні спостереження останніх десятиліть дали кілька суперечливі результати. Так що дослідження мінливості фундаментальних констант як і раніше актуальні.
В останні роки лабораторні експерименти з атомним годинником досягли такої точності, що вже могли внести свій внесок у відповідь на це питання, при спостереженнях протягом всього лише декількох років. Суть справи в тому що, якщо певні фундаментальні константи змінюються, то свідчення атомного годинника, заснованих на різних хімічних елементах, після закінчення довгого часу будуть відхилятися від одного передбачуваним чином.
Цей метод використовували дві незалежні дослідницькі групи - одна з Національної фізичної лабораторії (NPL), Великобританія, інша з національного метрологічного інституту Німеччини (PTB) - для перевірки сталості важливою фізичної величини - відносини мас протона і електрона - шляхом порівняння показань оптичних годин із захопленим іоном ітербію і атомного годинника на основі цезію. В даний час це одні з найбільш точних годин.
Маса електрона визначає частоту оптичних атомних годин, а маса протонів впливає на частоту цезієвого годинника через властивості атомного ядра. Зміна фундаментальних фізичних констант, наприклад, постійної тонкої структури, призведе до зміни електромагнітної взаємодії, в якому беруть участь обидві частки, і сильної взаємодії, в якому бере участь протон. Це позначиться і на масах частинок.
Для отримання результату фізики проводили експеримент протягом 7 років. У результаті був зроблений висновок, що ставлення мас протона з електрона не має ніяких помітних змін з відносною похибкою в кілька одиниць 10-16. Це означає, що якщо зміна даного відносини все ж є, то воно відбувається менш, ніж на мільйонну частку за час існування Сонячної системи (близько 5 млрд. Років). Результати досліджень були опубліковані в журналі Physical Review Letters ( 1 , 2 ).
Ці роботи також закладають основу для використання ітербію (171Yb) в якості оптичного стандарту частоти, який потенційно міг би замінити існуючий цезієвий стандарт частоти.
Підпис до схеми: Схема експериментальної установки для вимірювання переходів E2 і E3, що визначають тактові частоти іона ітербію (171 Yb +). Ставлення E3 / E3 визначалося шляхом стабілізації одного лазера на E3 переході, а іншого лазера на E2 переході і вимірювання відносини між частотами лазерів (з технічних причин використовувалися інфрачервоні лазери, які повинні були мати подвоєну частоту, щоб порушити оптичні переходи E2 і E3).
Його можна сформулювати більш широко: а чи можуть існувати фізичні константи в динамічно розвивається всесвіту?
