{"id":9564,"date":"2010-10-20T08:15:05","date_gmt":"2010-10-20T05:15:05","guid":{"rendered":"http:\/\/www.fyysika.ee\/uudised\/?p=9564"},"modified":"2010-10-20T22:33:17","modified_gmt":"2010-10-20T19:33:17","slug":"tants-peenstruktuuri-konstandi-umber","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.fyysika.ee\/?p=9564","title":{"rendered":"Tants peenstruktuuri konstandi \u00fcmber"},"content":{"rendered":"

Autor: Sean Carroll<\/a><\/p>\n

M\u00f5ni n\u00e4dal tagasi p\u00f5hjustasid veidi \u00fcllatavad eksperimentaalsed tulemused \u00fcpriski palju meediak\u00e4ra. Aktiivsete galaktikate tuumade, kvasarite, spektrivaatlused n\u00e4ivad viitavat, et f\u00fc\u00fcsikas elektromagnetismi tugevust kirjeldav peenstruktuuri konstant<\/a> on \u00fches universumi otsas veidi erinev kui teisel pool<\/a>. Artikli mustand on leitav siin<\/a>.<\/p>\n

Tulemus on m\u00e4rkimisv\u00e4\u00e4rne, kui see t\u00f5si oleks. Peenstruktuuri konstant (\u03b1) on \u00fcks f\u00fc\u00fcsika k\u00f5ige fundamentaalsemaid parameetreid. Seega muudaks see teoreetikute argip\u00e4eva v\u00e4ga palju, kui tegu ei oleks konstandiga. Kuid kui t\u00f5en\u00e4oline see on? <\/p>\n

Praegu oleks \u00f5ige hetk meenutada \u00fctlust: \u201eerakorsed v\u00e4ited n\u00f5uavad erakordseid t\u00f5endeid.\u201c Kohe kindlasti on see erakordne v\u00e4ide, kuid t\u00f5endid kipuvad lahjaks j\u00e4\u00e4ma. V\u00f5ib-olla paljastavad edasised vaatlused t\u00f5epoolest \u201eerakordseid tulemusi,\u201c kuid praegu pole veel m\u00f5tet ennast elevile ajada.
\n
\nChad Orzel<\/a> selgitab suurep\u00e4raselt, miks peaksime eksperimentaatori vaatenurgast tulemuste suhtes skeptiline olema. K\u00f5ik taandub alltoodud joonisele. Kaardil on kujutatud vaadeldud kvasareid, kus punane n\u00e4itab veidi v\u00e4iksemat \u03b1 v\u00e4\u00e4rtust ning sinine oodatust suuremat \u03b1 v\u00e4\u00e4rtust. Nagu Orzel r\u00f5hutab, on suured punased t\u00e4pid peamiselt ringid, mil suured sinised punktid on peamiselt ruudud.
\n\"\"<\/a>
\nSee on \u00fcpris oluline, kuna kaks erinevat kuju esindavad erinevaid teleskoope. Ringid m\u00e4rgivad Kecki teleskoobi tulemusi, mil ruudud t\u00e4hendavad V\u00e4ga Suure Teleskoobi kogutud andmeid. Natukene kahtlane on, et peamine m\u00f5\u00f5detud \u03b1 v\u00e4\u00e4rtuste erinevus tuleneb erinevatelt kasutatud instrumentidest.<\/p>\n

Kuid n\u00fc\u00fcd t\u00e4iesti teise nurga alt vaadatuna on ka teoreetikutel v\u00e4ga hea p\u00f5hjus skeptiline olla, millest ma r\u00e4\u00e4kida tahangi. Teoreetilisi arutlusi toetavad alati vaatlustega kogutud kivik\u00f5vad andmed. Kui need on natukene v\u00e4hem kindlad, oleks m\u00f5ttekas arvesse v\u00f5tta, mida me arvame juba ennast f\u00fc\u00fcsikast teadvat.<\/p>\n

Arutluse p\u00f5hiline argument on skalaarv\u00e4lja idee. Tegelikult on see lihtsalt \u00fcks f\u00fc\u00fcsika uhkelt k\u00f5lavatest terminitest mingist suurusest r\u00e4\u00e4kimiseks, mis v\u00f5tab igas aegruumi punktis unikaalse numbrilise v\u00e4\u00e4rtuse. Kvantv\u00e4ljateoorias viitavad skalaarv\u00e4ljad ilma spinnita osakestele, mida on n\u00e4iteks Higgsi osakeste poolt tekitatav v\u00e4li. Teised osakesed nagu elektronid ning footonid p\u00f5hinevad keerukamatel geomeetrilistel objektidel nagu spiinoritel ja vektoritel.<\/p>\n

Peenstruktuuri konstant on \u00fcks skalaarv\u00e4ljadest. Harilikult me selle peale niimoodi ei m\u00f5tle, kuna me kasutame \u201ev\u00e4lja\u201c m\u00f5istet millegi sellise jaoks, mis ei ole erinevates punktides samasugune. Tegelikult on meil t\u00e4ielik \u00f5igus seda teha. <\/p>\n

Seega, kuigi oleks imestust tekitav ning Nobeli v\u00e4\u00e4riline n\u00e4idata, et peenstruktuuri konstant on ruumis erinev, ei oleks seda raske olemasaolevasse kvantv\u00e4ljateooriasse sisse sobitada. Sa v\u00f5id v\u00f5tta lihtsalt skalaarv\u00e4lja ning lubada sellel ruumis ja ajas muutuda, kuigi harilikult k\u00f5neldakse skalaarv\u00e4ljast kui konstandist.<\/p>\n

See ei ole otseloomulikult kogu lugu. Kui v\u00e4li punktist-punkti varieerub, siis need muutused kannavad endas energiat. M\u00f5elge vedru t\u00f5mbamisest v\u00f5i metallit\u00fcki v\u00e4\u00e4namisest. Skalaarv\u00e4lja energia jaoks on t\u00e4htsad kolm komponenti. Aja jooksul muutuvast v\u00e4ljast tuleneb kineetiline energia, gradient energia v\u00e4lja muutumisest ruumis ning potentsiaalne energia on seostatav v\u00e4lja v\u00e4\u00e4rtusega igas punktis, hoolimata selle muutumisest.<\/p>\n

Peenstruktuuri konstandi puhul n\u00e4itavad vaatlused, et see muutub universumi \u00fches otsas v\u00f5rreldes teisega \u00fcpris v\u00e4he. Seega me ei oota, et gradiendi energia oleks v\u00e4ga suur ning sellest johtuvalt ei ole m\u00f5tet ka kineetilisest energiast v\u00e4ga palju oodata. <\/p>\n


\n\"\"<\/a>
\nPotentsiaalse energia on lood aga teised. V\u00e4lja potentsiaal on sarnane tuttavlikumale n\u00e4itele nagu palli m\u00e4est alla veeremisele. Potentsiaali suurus selle miinimumi l\u00e4hedal s\u00f5ltub v\u00e4lja massist! Enamike skalaarv\u00e4ljade nagu Higgsi v\u00e4lja jaoks on potentsiaal \u00e4\u00e4rmiselt j\u00e4rsk. See t\u00e4hendab, et kui Sa v\u00e4lja selle miinimum potentsiaalist vaid veidi paigast nihutad, langeb see kohe oma miinimum v\u00e4\u00e4rtuseni tagasi.<\/p>\n

Me ei tea a priori<\/em>, milline potentsiaal tulevikus on. Me peame seda teooriat defineerides ise t\u00e4psustama. Samas annab kvantv\u00e4ljateooria meile vihjeid. Universumit juhivad l\u00f5ppkokkuv\u00f5ttes kvantmaailma seadused, mitte klassikaline maailmapilt. Skalaarv\u00e4lja v\u00e4\u00e4rtus on tegelikult kvantoperaatori oodatav v\u00e4\u00e4rtus. Selline operaator koosneb aga k\u00f5ikidest teistest v\u00e4ljadest, millega see seotud on. Antud juhul absoluutselt k\u00f5ikide universumis olevate laetud osakestega. <\/p>\n

Tegelikult ei vaatle me \u201epaljast\u201c potentsiaali, vaid selle renormaliseeritud v\u00e4\u00e4rtust. Viimane v\u00f5tab arvesse mitmet sorti efekte, mida virtuaalosakesed kvantvaakumist eksistensi h\u00fcpates ning seej\u00e4rel taas kadudes tekitavad. <\/p>\n

Skalaarv\u00e4lja renormaliseerimisest tingitud p\u00f5hilist m\u00f5ju on v\u00e4ga kerge kokku v\u00f5tta \u2013 see muudab massi suureks. Seega, kui sa paremini ei teaks, ootaks sa, et potentsiaal oleks nii v\u00e4ike kui v\u00f5imalik \u2013 ilmselt Plancki skaala l\u00e4hedal. N\u00e4iteks Higgsi bosoni mass on sadu kordi suurem kui prootonil, mis tundub suurena. Samas on tegelikult m\u00f5istatus, miks see tohutult palju suurem ei ole. Seda kutsutakse osakestef\u00fc\u00fcsika hierarhia probleemiks.<\/p>\n

Aga mis sai meie peenstruktuuri konstandist s\u00f5brast? Kui sooritatud vaatlusted on \u00f5iged, peaks v\u00e4ljal olema \u00e4\u00e4rmiselt v\u00e4ike mass. Vastasel juhul ei muutuks see sujuvalt \u00fcle kogu universumi, vaid h\u00f5ljuks kahjutult oma potentsiaali p\u00f5hja l\u00e4hedal. Seotud v\u00f5rranditesse numbrid sisse pannes saame, et selle mass peaks olema 10 (astmes) -42 GeV v\u00f5i v\u00e4hem, kus 1 GeV on v\u00f5rdne prootoni massiga. Teiste s\u00f5nadega, arutult v\u00e4ike.<\/p>\n

Kuid ei ole mitte mingit teada olevat p\u00f5hjust, miks skalaarv\u00e4li, millele peenstruktuuri konstant toetub, nii v\u00e4ike peaks olema. Sellest r\u00e4\u00e4kisid m\u00f5ningal m\u00e4\u00e4ral Banks, Dine, and Douglas<\/a>. Nad kinnitasid meie intuitsiooni, et v\u00e4ike muutus peenstruktuuri konstandis on seotud tohutu muutusega potentsiaalses energia.<\/p>\n

Probleem on aga selles, et see tuletusk\u00e4ik on peenstruktuuri konstanti k\u00e4sitledes v\u00e4ga heal p\u00f5hjusel t\u00e4ielik l\u00e4bikukkumine. Me ei saa takistada selle \u201esuhtlemist\u201c teiste v\u00e4ljadega, kuna see on parameeter, mis m\u00e4\u00e4rabki elektromagnetismi tugevuse! Meeldigu see teile v\u00f5i mitte, see on seotud elektromagnetv\u00e4ljaga ning k\u00f5igi looduse laetud osakestega.<\/p>\n

Seet\u00f5ttu ongi teoreetikud tulemuse suhtes skeptilised. Me ei v\u00e4ida, et see oleks v\u00f5imatu. Kui kogutud andmeid kinnitatakse, siis kujutab see meie teoreetilistele konstruktsioonidele t\u00f5sist v\u00e4ljakutset. Samas sunniks see meid selle selgitamiseks veelgi kavalamaks muutuma. <\/p>\n

tegelikult on asi pigem selles, et meil on v\u00e4ga head p\u00f5hjus uskuda, et peenstruktuuri konstant on konstant. K\u00fcsimus ei ole nii triviaalne, kui kulli ja kirja viskamine. Arvestades neid h\u00e4id p\u00f5hjusi vajame me t\u00f5siselt h\u00e4id andmeid, et k\u00fcsimuses meie meeli muuta. Neid aga meil veel ei ole, aga kohe kindlasti on meil piisavalt motivatsiooni, et neid edasi otsida.
\n
\n\u00dcles<\/a>
\n\"\"<\/a>Sean Carroll
\n<\/strong><\/a><\/p>\n

Sean Carroll on California Tehnoloogiainstituudi f\u00fc\u00fcsikaosakonna vanemteadur. Tema peamised teadust\u00f6\u00f6 suunad on kosmoloogia teoreetilised aspektid, v\u00e4ljateooria ning gravitatsioon.<\/em><\/p>\n

Allikmaterjal:
\nJ. K. Webb, J. A. King, M. T. Murphy, V. V. Flambaum, R. F. Carswell, & M. B. Bainbridge (2010). Evidence for spatial variation of the fine structure constant arXiv arXiv: 1008.3907v1<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Autor: Sean Carroll<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_genesis_hide_title":false,"_genesis_hide_breadcrumbs":false,"_genesis_hide_singular_image":false,"_genesis_hide_footer_widgets":false,"_genesis_custom_body_class":"","_genesis_custom_post_class":"","_genesis_layout":"","footnotes":""},"categories":[32,35,16],"tags":[],"class_list":{"0":"post-9564","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","6":"category-arvamus","7":"category-arvamus-ja-inimesed","8":"category-teadusuudis","9":"entry","10":"has-post-thumbnail"},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/9564","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=9564"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/9564\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=9564"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=9564"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=9564"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}