Отношение масс протона и электрона

В физике отношение масс протона к электрону, μили β, это просто масса покоя протона (барион, найденный в атомах ), разделенная на электрон (лептон, обнаруженный в атомах). Поскольку это отношение одинаковых размеров физических величин, это безразмерная величина, функция безразмерных физических констант, и имеет числовое значение, не зависящее от система единиц, а именно:

μ = m p/me= 1836,15267343 (11).

Число в скобках - погрешность измерения на последних двух цифры. Известно, что величина μ составляет около 0,1 частей на миллиард.

• 1 Обсуждение
• 2 Изменение μ во времени
• 3 См. Также
• 4 Сноски
• 5 Ссылки

μ является важным фундаментальная физическая константа, потому что:

• Практически вся наука имеет дело с барионной материей и тем, как фундаментальные взаимодействия влияют на такую ​​материю. Барионная материя состоит из кварков и частиц, состоящих из кварков, таких как протоны и нейтроны. Свободные нейтроны имеют период полураспада 613,9 секунды. Электроны и протоны кажутся стабильными, насколько нам известно. (Теории распада протона предсказывают, что протон имеет период полураспада порядка 10 лет. На сегодняшний день нет экспериментальных доказательств распада протона.);
• Поскольку они стабильны, являются компонентами всех нормальных атомов и определяют их химические свойства, протон является наиболее важным барионом, а электрон является наиболее важным лептон ;
• μ, а постоянная тонкой структуры α - две безразмерные величины, возникающие в элементарной физике, и две из трех безразмерных величин, обсуждаемых в Barrow (2002);
• Масса протона mpсостоит в основном из глюонов и кварков (верхний кварк и даун-кварк ), составляющие протон. Следовательно, m p и, следовательно, отношение μ являются легко измеримыми следствиями сильной силы. Фактически, в хиральном пределе m p пропорционально шкале энергии QCD, Λ QCD. При заданной шкале энергии сильная константа связи αsсвязана со шкалой КХД (и, следовательно, μ) как

$\alpha \; s\; =\; -\; 2\; \pi \; \beta \; 0\; ln\; \; (E\; /\; \Lambda \; QCD)\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; alpha\; \_\; \{s\}\; =\; -\; \{\backslash \; frac\; \{2\; \backslash \; pi\}\; \{\backslash \; beta\; \_\; \{0\}\; \backslash \; ln\; (E\; /\; \backslash \; Lambda\; \_\; \{\backslash \; rm\; \{QCD\}\})\}\}\}$

где β 0 = −11 + 2n / 3, где n - количество ароматов из кварков.

Астрофизики пытались найти доказательства того, что μ изменилась за всю историю Вселенной. (Тот же вопрос задавался и о постоянной тонкой структуры.) Одной интересной причиной такого изменения могло бы быть изменение со временем силы сильной силы.

Астрономические поиски времени - при изменении μ обычно исследовали серию Лаймана и молекулярный водород, которые, учитывая достаточно большое красное смещение, возникают в оптической области и поэтому могут наблюдаться с наземной спектрографы на основе .

Если бы μ изменился, то изменение длины волны λ i каждого кадра покоя длина волны может быть параметризовано как :

$\lambda \; я\; знак\; равно\; \lambda \; 0\; [1\; +\; К\; я\; (\Delta \; \mu \; /\; \mu )],\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; \backslash \; lambda\; \_\; \{i\}\; =\; \backslash \; lambda\; \_\; \{0\}\; [1\; +\; K\_\; \{i\}\; (\backslash \; Delta\; \backslash \; mu\; /\; \backslash \; mu)],\}$

где Δμ / μ - пропорциональное изменение μ, а K i - константа, которая должна быть рассчитана в теоретических (или полуэмпирических) рамках.

Рейнхольд и др. (2006) сообщили о потенциальном изменении µ на ​​4 стандартного отклонения путем анализа спектров поглощения молекулярного водорода для квазаров Q0405-443 и Q0347-373. Они обнаружили, что Δμ / μ = (2,4 ± 0,6) × 10. King et al. (2008) повторно проанализировали спектральные данные Reinhold et al. и собрал новые данные о другом квазаре, Q0528-250. Они подсчитали, что Δμ / μ = (2,6 ± 3,0) × 10, что отличается от оценок Райнхольда и др. (2006).

Мерфи и др. (2008) использовали инверсионный переход аммиака, чтобы сделать вывод, что | Δμ / μ | < 1.8×10 at redshift z = 0.68. Kanekar (2011) used deeper observations of the inversion transitions of ammonia in the same system at z = 0.68 towards 0218+357 to obtain |Δμ/μ| < 3×10.

Багдонайте и др. (2013) использовали переходы метанола в спиральной линзе галактики PKS 1830-211, чтобы найти ∆μ / μ = (0,0 ± 1,0) × 10 при z = 0,89. Kanekar et al. (2015) использовали почти одновременные наблюдения нескольких переходов метанол в одной линзе, чтобы найти ∆μ / μ <1,1 × 10 при z = 0,89. Используя три линии метанола с аналогичными частотами для уменьшения систематических эффектов, Kanekar et al. (2015) получили ∆μ / μ < 4 × 10.

Обратите внимание, что для любого сравнения значений ∆μ / μ при существенно разных красных смещениях потребуется конкретная модель, чтобы управлять эволюцией Δμ / μ. То есть результаты, согласующиеся с нулевым изменением при более низких красных смещениях, не исключают значительных изменений при более высоких красных смещениях.

• Формула Койде

• Барроу, Джон Д. (2003). Константы природы: от альфы до омеги - числа, закодирующие глубочайшие секреты Вселенной. Лондон: Винтаж. ISBN 0-09-928647-5.
• Reinhold, E.; Buning, R.; Hollenstein, U.; Иванчик, А.; Petitjean, P.; Ubachs, W. (2006). «Индикация космологической вариации массового отношения протон-электрон на основе лабораторных измерений и повторного анализа спектров H2» (PDF). Письма с физическим обзором. 96 (15): 151101. Bibcode : 2006PhRvL..96o1101R. DOI : 10.1103 / Physrevlett.96.151101. PMID 16712142.
• Кинг, Дж.; Webb, J.; Мерфи, М.; Карсвелл, Р. (2008). «Строгие ограничения нуля на космологической эволюции отношения масс протона к электрону». Письма с физическим обзором. 101 (25): 251304. arXiv : 0807.4366. Bibcode : 2008PhRvL.101y1304K. DOI : 10.1103 / Physrevlett.101.251304. PMID 19113692.
• Murphy, M.; Flambaum, V.; Muller, S.; Хенкель, К. (2008). «Сильный предел на переменное отношение масс протона к электрону от молекул в далекой Вселенной». Наука. 320 (5883): 1611–3. arXiv : 0806.3081. Bibcode : 2008Sci... 320.1611M. doi : 10.1126 / science.1156352. PMID 18566280.
• Канекар Н. (2011). «Сдерживание изменений в соотношении масс протона и электрона с помощью линий инверсии и вращения». Письма в астрофизический журнал. 728 (1): L12. arXiv : 1101.4029. Bibcode : 2011ApJ... 728L..12K. doi : 10.1088 / 2041-8205 / 728/1 / L12.
• Kanekar, N.; Ubachs, W.; Menten, K. L.; Bagdonaite, J.; Brunthaler, A.; Henkel, C.; Muller, S.; Bethlem, H.L.; Дапра, М. (2015). «Ограничения на изменение массового отношения протонов к электронам с использованием линий метанола». Ежемесячные уведомления о письмах Королевского астрономического общества. 448 (1): L104. arXiv : 1412.7757. Bibcode : 2015MNRAS.448L.104K. doi :10.1093/mnrasl/slu206.