Sciencemag.cz
Doporučujeme
Konstanta jemné struktury, asi 1/137, popisuje relativní sílu elektromagnetické interakce. Jde o bezrozměrné číslo, jehož velikost podle všeho nelze odvodit z dalších teoretických předpokladů, ale hodnota se musí experimentálně/empiricky změřit.
Kdyby měla konstanta jemné struktury jinou hodnotu, náš vesmír by vypadal úplně jinak – atomy by měly jinou velikost, takže veškerá chemie a také jaderná fúze ve hvězdách by probíhaly odlišně. Mimochodem, diskutovanou otázkou je ovšem to, zda je konstanta jemné struktury skutečně konstantní, nebo zda se její hodnota mohla během miliard let vývoje vesmíru trochu změnit.
Existuje mnoho způsobů, jak konstantu jemné struktury měřit – ovšem nepřímo, tedy měřením jiných fyzikálních veličin a jejich použitím k dalšímu výpočtu. Na Vídeňské technické univerzitě však byl nyní proveden experiment, při kterém lze samotnou konstantu jemné struktury měřit de facto rovnou – jako úhel.
Začne se lineárně polarizovaným laserovým paprskem. Paprsek dopadá na vrstvu speciálního materiálu, která je silná jen několik nanometrů. Tento materiál mění rovinu polarizace světla. „Látka stáčející rovinu polarizace laserového paprsku není sama o sobě ničím neobvyklým. Mohou to dělat různé materiály; čím silnější je vrstva materiálu, tím více se polarizace mění. My se zde však zabýváme zcela jiným jevem,“ uvádí jeden z autorů článku Andrej Pimenov. „V našem případě se totiž rovina polarizace nestáčí plynule, ale přeskakuje.“
Při průchodu tenkou vrstvou dojde u roviny polarizace světla ke kvantovému skoku. Po průchodu světelná vlna kmitá v jiné rovině než předtím. A když se vypočítá velikost tohoto skoku, objeví se podle nové studie překvapivý výsledek: kvantum této úhlové změny je přesně konstanta jemné struktury.
„Máme tak přímý přístup k něčemu zcela neobvyklému: ke kvantu rotace,“ říká Andrej Pimenov. „Konstanta jemné struktury se přímo projeví jako úhel.“
Alexey Shuvaev et al, Universal rotation gauge via quantum anomalous Hall effect, Applied Physics Letters (2022). DOI: 10.1063/5.0105159
Zdroj: Vienna University of Technology / Phys.org
