Was (wer) ist Тонкой структуры постоянная - definition

Постоя́нная то́нкой структу́ры, обычно обозначаемая как ${\displaystyle \alpha }$, является фундаментальной физической постоянной, характеризующей силу электромагнитного взаимодействия. Она была введена в 1916 году немецким физиком Арнольдом Зоммерфельдом в качестве меры релятивистских поправок при описании атомных спектральных линий в рамках модели атома Бора, то есть характеризует так называемую тонкую структуру спектральных линий. Поэтому иногда она также называется постоянной Зоммерфельда.

Она определяет размер очень малого изменения величины (расщепления) энергетических уровней атома и, следовательно, образования тонкой структуры — набора узких и близких частот в его спектральных линиях, пропорционального ${\displaystyle \alpha ^{2}}$. Расщепление происходит за счёт квантового эффекта — взаимодействия двух электронов атома в результате обмена между ними виртуальными фотонами, которое происходит с изменением энергии.

Постоянная тонкой структуры (ПТС) — это безразмерная величина, образованная комбинацией фундаментальных констант. Её численное значение не зависит от выбранной системы единиц.

С 2018 года CODATA рекомендует использовать следующее значение константы:

α = 7,297 352 569 3(11)·10⁻³

или её обратное значение:

1/α = 137,035 999 084(21).

Относительная погрешность измерения α и 1/α на 2020 год составляет 1,5·10⁻¹⁰; это одна из наиболее точно измеренных физических констант.

В Международной системе единиц (СИ) постоянная тонкой структуры определяется следующим образом:

${\displaystyle \alpha ={\frac {e^{2}}{4\pi \varepsilon _{0}\hbar c}}={\frac {e^{2}}{2\varepsilon _{0}hc}},}$

где

${\displaystyle e}$ — элементарный электрический заряд,

${\displaystyle \hbar =h/2\pi }$ — постоянная Дирака (или приведённая постоянная Планка),

${\displaystyle c}$ — скорость света в вакууме,

${\displaystyle \varepsilon _{0}}$ — электрическая постоянная.

В системе единиц СГСЭ единица электрического заряда определена таким образом, что электрическая постоянная равна единице. Тогда постоянная тонкой структуры определяется как

${\displaystyle \alpha ={\frac {e^{2}}{\hbar c}}.}$

Постоянная тонкой структуры может быть также определена как квадрат элементарного электрического заряда, выраженного в единицах планковского заряда:

${\displaystyle \alpha =\left({\frac {e}{q_{p}}}\right)^{2}.}$

В рациональной системе единиц квадратный корень из постоянной тонкой структуры является единицей измерения электрического заряда.

Аналогичные постоянной тонкой структуры константы используются и для оценки силы сильных ${\displaystyle {\frac {g_{S}^{2}}{\hbar c}}\approx 15}$, слабых ${\displaystyle \lambda ={\frac {g_{F}^{2}}{\hbar c}}\left({\frac {\hbar }{m_{P}c}}\right)^{-4}\approx 1{,}0\times 10^{-10}}$ и гравитационных ${\displaystyle {\frac {G_{N}m_{p}^{2}}{\hbar c}}\approx 10^{-39}}$ взаимодействий. Здесь ${\displaystyle g_{S}}$ — «заряд» сильного взаимодействия, ${\displaystyle g_{F}}$ — постоянная Ферми слабого взаимодействия, ${\displaystyle m_{p}}$ — масса протона, ${\displaystyle G_{N}}$ — гравитационная постоянная.