Отношение масс протона к электрону - Proton-to-electron mass ratio

В физика, то отношение масс протона к электрону, μ или же β, это просто масса покоя из протон (а барион нашел в атомы ) деленное на электрон (а лептон находится в атомах). Потому что это соотношение одинаковых размеров физические величины, это безразмерная величина, функция безразмерные физические константы, и имеет числовое значение, не зависящее от система единиц, а именно:

μ = м_п/м_е = 1836.15267343(11).^[1]

Число в скобках - это погрешность измерения на последних двух цифрах. Значение μ известно около 0,1 частей на миллиард.

Обсуждение

μ это важный фундаментальная физическая постоянная потому что:

• Практически вся наука занимается барионная материя и как фундаментальные взаимодействия повлиять на такое дело. Барионная материя состоит из кварки и частицы из кварков, например протоны и нейтроны. Свободные нейтроны имеют период полураспада 613,9 секунды. Насколько нам известно, электроны и протоны кажутся стабильными. (Теории распад протона предсказать, что протон имеет период полураспада порядка не менее 10³² годы. На сегодняшний день нет экспериментальных данных о распаде протона.);
• Поскольку они стабильны, входят в состав всех нормальных атомов и определяют их химические свойства, протон это самый важный барион, в то время как электрон это самый важный лептон;
• μ и постоянная тонкой структуры α два безразмерные величины возникающие в элементарной физике и две из трех безразмерных величин, обсуждаемых в Barrow (2002);
• В масса протона м_п состоит в основном из глюоны, и из кварки (в вверх кварк и вниз кварк ), составляющий протон. Следовательно м_п, а значит, и отношение μ, являются легко измеримыми последствиями сильная сила. Фактически, в хиральный предел м_п пропорционально QCD шкала энергии, Λ_QCD. В данном масштабе энергии сильный константа связи α_s связана с масштабом КХД (и, следовательно, μ) в качестве

${displaystyle alpha _{s}=-{frac {2pi }{eta _{0}ln(E/Lambda _{m {QCD}})}}}$

куда β₀ = −11 + 2п/ 3, с п количество ароматы из кварки.

Вариация μ через некоторое время

Дальнейшая информация: Изменение фундаментальных констант во времени

Астрофизики пытались найти доказательства того, что μ изменилась за всю историю Вселенной. (Тот же вопрос был задан и постоянная тонкой структуры.) Одна интересная причина таких изменений - изменение со временем силы сильная сила.

Астрономические поиски переменных во времени μ обычно изучали Серия Лайман и Вернер переходы из молекулярный водород что при достаточно большом красное смещение, происходят в оптическом диапазоне и поэтому могут наблюдаться с наземных спектрографы.

Если μ должны были измениться, то изменение длины волны λ_я каждого рама отдыха длина волны может быть параметризован как:

${displaystyle lambda _{i}=lambda _{0}[1+K_{i}(Delta mu /mu )],}$

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

Рейнхольд и др. (2006) сообщили о потенциальных 4 стандартное отклонение изменение в μ анализируя молекулярный водород спектры поглощения из квазары Q0405-443 и Q0347-373. Они обнаружили, что Δμ/μ = (2.4 ± 0.6)×10⁻⁵. King et al. (2008) повторно проанализировали спектральные данные Reinhold et al. и собрал новые данные о другом квазаре, Q0528-250. По их оценкам, Δμ/μ = (2.6 ± 3.0)×10⁻⁶, отличающиеся от оценок Reinhold et al. (2006).

Мерфи и др. (2008) использовали инверсионный переход аммиака, чтобы сделать вывод, что |Δμ/μ| < 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 по направлению к 0218 + 357, чтобы получить |Δμ/μ| < 3×10⁻⁷.

Багдонайте и др. (2013) б / у метанол переходы в спиральной линзе галактика ПКС 1830-211 найти ∆μ/μ = (0.0 ± 1.0) × 10⁻⁷ в z = 0.89.^[2][3]Kanekar et al. (2015) использовали почти одновременные наблюдения нескольких метанол переходы в той же линзе, чтобы найти ∆μ/μ < 1.1 × 10⁻⁷ в z = 0.89. Используя три метанол линии с аналогичными частотами для уменьшения систематических эффектов, Kanekar et al. (2015) получены ∆μ/μ < 4 × 10⁻⁷.

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

Смотрите также

• Формула Коиде

Сноски

1. «2018 CODATA Value: отношение масс протона к электрону». Справочник NIST по константам, единицам и неопределенности. NIST. 20 мая 2019. Получено 2019-05-20.
2. Багдонайте, Юлия; Янсен, Пол; Хенкель, Кристиан; Bethlem, Hendrick L .; Menten, Karl M .; Убахс, Вим (13 декабря 2012 г.). «Строгий предел отношения масс дрейфующих протонов и электронов от алкоголя в ранней Вселенной». Наука. 339 (6115): 46–48. Bibcode:2013Наука ... 339 ... 46Б. Дои:10.1126 / science.1224898. PMID  23239626.
3. Московиц, Клара (13 декабря 2012 г.). «Уф! Постоянная Вселенной осталась постоянной». Space.com. Получено 14 декабря, 2012.

Рекомендации

• 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 космологического изменения массового отношения протон-электрон на основе лабораторных измерений и повторного анализа спектров H2» (PDF). Письма с физическими проверками. 96 (15): 151101. Bibcode:2006PhRvL..96o1101R. Дои:10.1103 / Physrevlett.96.151101. PMID  16712142.
• King, J .; Webb, J .; Мерфи, М .; Карсвелл, Р. (2008). «Строгие ограничения нуля на космологической эволюции отношения масс протона к электрону». Письма с физическими проверками. 101 (25): 251304. arXiv:0807.4366. Bibcode:2008PhRvL.101y1304K. Дои:10.1103 / Physrevlett.101.251304. PMID  19113692.
• Мерфи, М .; 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:2008Научный ... 320.1611M. Дои: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. Дои: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:2015МНРАС.448Л.104К. Дои:10.1093 / mnrasl / slu206.