Отношение масс протона к электрону

В физике отношение масс протона к электрону (символ μ или β ) — это масса покоя протона ) , ( бариона, находящегося в атомах деленная на массу электрона ( лептона, находящегося в атомах), безразмерная величина , а именно :

ц = м _п / м _е = 1 836 ,152 673 426 (32) .

Число в скобках представляет собой погрешность измерения последних двух цифр, соответствующую относительной стандартной погрешности 1,7 × 10. ⁻¹¹ .

Обсуждение

μ является важной фундаментальной физической константой, потому что:

• 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 на данный момент. (Теории распада протона предсказывают, что протон имеет период полураспада порядка 10 ³² годы. На сегодняшний день нет экспериментальных подтверждений распада протона.);
• Поскольку они стабильны, являются компонентами всех нормальных атомов и определяют их химические свойства, протон является наиболее распространенным барионом , а электрон — наиболее распространенным лептоном ;
• m Масса протона p _{состоит} в основном из глюонов и кварков ( верхнего и нижнего кварков ), составляющих протон. Следовательно, m _p и, следовательно, отношение µ являются легко измеримыми последствиями сильного взаимодействия . Фактически, в киральном пределе m _p пропорциональна масштабу энергии КХД Λ _QCD . В данном масштабе энергии константа сильной связи α _s связана с масштабом КХД (и, следовательно, µ ) как

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

где β ₀ = −11 + 2 n /3, где — количество разновидностей кварков . n

Изменение μ с течением времени

Дополнительная информация: Изменение фундаментальных констант во времени.

Астрофизики пытались найти доказательства того, что μ менялась на протяжении истории Вселенной. (Тот же вопрос задавался и о постоянной тонкой структуры .) Одной из интересных причин таких изменений может быть изменение во времени силы сильного взаимодействия .

Астрономические поиски изменяющихся во времени µ обычно исследовали серию Лаймана и переходы Вернера молекулярного водорода , которые при достаточно большом красном смещении происходят в оптической области и поэтому могут наблюдаться с помощью наземных спектрографов .

Если бы μ изменилось, то изменение длины волны λ _i каждой покоящегося кадра длины волны можно параметризовать как:

$\ \lambda _{i}=\lambda _{0}\left[1+K_{i}{\frac {\Delta \mu }{\mu }}\right],$

где Δμ / μ — пропорциональное изменение μ , а K _i — константа, которую необходимо рассчитывать в рамках теоретической (или полуэмпирической) структуры.

Рейнхольд и др. (2006) сообщили о потенциальном равном 4 стандартным отклонениям изменении ц, анализируя спектры поглощения молекулярного водорода квазаров , Q0405-443 и Q0347-373. Они обнаружили, что Δ µ / µ = (2,4 ± 0,6) × 10 ⁻⁵ . Кинг и др. (2008) повторно проанализировали спектральные данные Reinhold et al. и собрал новые данные о другом квазаре, Q0528-250. Они подсчитали, что Δ µ / µ = (2,6 ± 3,0) × 10 ⁻⁶ , что отличается от оценок Reinhold et al. (2006).

Мерфи и др. (2008) использовали инверсионный переход аммиака, чтобы заключить, что | Δ мкм / мк | < 1,8 × 10 ⁻⁶ при красном смещении z = 0,68 . Канекар (2011) использовал более глубокие наблюдения инверсионных переходов аммиака в той же системе при z = 0,68 в сторону 0218+357, чтобы получить | Δ мкм / мк | < 3 × 10 ⁻⁷ .

Багдонайте и др. (2013) использовали переходы метанола в спиральной линзовой галактике PKS 1830-211, чтобы найти ∆ µ / µ = (0,0 ± 1,0) × 10. ⁻⁷ при z = 0,89 . Канекар и др. (2015) использовали почти одновременные наблюдения нескольких переходов метанола в одной и той же линзе, чтобы найти ∆ µ / µ < 1,1 × 10. ⁻⁷ при z = 0,89 . Используя три линии метанола с одинаковыми частотами для уменьшения систематических эффектов, Канекар и др. (2015) получили ∆ µ / µ < 4 × 10 ⁻⁷ .

Обратите внимание, что любое сравнение значений Δμ / μ при существенно разных красных смещениях потребует конкретной модели для управления эволюцией Δμ / μ . То есть результаты, соответствующие нулевым изменениям при более низких красных смещениях, не исключают значительных изменений при более высоких красных смещениях.

См. также

• Формула Койде

Ссылки

• Барроу, Джон Д. (2003). Константы природы: от альфы до омеги – числа, которые кодируют глубочайшие тайны Вселенной . Лондон: Винтаж. ISBN  0-09-928647-5 .
• Рейнхольд, Э.; Бунинг, Р.; Холленштейн, У.; Иванчик А.; Петижан, П.; Убахс, В. (2006). «Индикация космологического изменения отношения масс протонов и электронов на основе лабораторных измерений и повторного анализа спектров H2» (PDF) . Письма о физических отзывах . 96 (15): 151101. Бибкод : 2006PhRvL..96o1101R . дои : 10.1103/physrevlett.96.151101 . ПМИД   16712142 .
• Кинг, Дж.; Уэбб, Дж.; Мерфи, М.; Карсуэлл, Р. (2008). «Строгое нулевое ограничение на космологическую эволюцию отношения масс протона к электрону». Письма о физических отзывах . 101 (25): 251304. arXiv : 0807.4366 . Бибкод : 2008PhRvL.101y1304K . дои : 10.1103/physrevlett.101.251304 . ПМИД   19113692 . S2CID   40976988 .
• Мерфи, М.; Фламбаум, В.; Мюллер, С.; Хенкель, К. (2008). «Сильный предел переменного отношения масс протона к электрону в молекулах далекой Вселенной». Наука . 320 (5883): 1611–3. arXiv : 0806.3081 . Бибкод : 2008Sci...320.1611M . дои : 10.1126/science.1156352 . ПМИД   18566280 . S2CID   2384708 .
• Канекар, Н. (2011). «Ограничение изменений отношения масс протона и электрона с помощью инверсии и линий вращения». Письма астрофизического журнала . 728 (1): Л12. arXiv : 1101.4029 . Бибкод : 2011ApJ...728L..12K . дои : 10.1088/2041-8205/728/1/L12 . S2CID   119230502 .
• Канекар, Н.; Убахс, В.; Ментен, КЛ; Багдонайте, Дж.; Брунталер, А.; Хенкель, К.; Мюллер, С.; Бетлем, ХЛ; Дапра, М. (2015). «Ограничения на изменение соотношения масс протонов и электронов с использованием линий метанола». Ежемесячные уведомления о письмах Королевского астрономического общества . 448 (1): L104. arXiv : 1412.7757 . Бибкод : 2015МНРАС.448Л.104К . дои : 10.1093/mnrasl/slu206 .