‘Salah satu misteri fizik terhebat’: Ujian astronomi elektromagnetisme yang paling tepat lagi

Kredit: NASA

Terdapat masalah yang janggal dan menjengkelkan dengan pemahaman kita tentang undang-undang alam yang telah cuba dijelaskan oleh ahli fizik selama beberapa dekad. Ia mengenai elektromagnetisme, undang-undang bagaimana atom dan cahaya berinteraksi, yang menerangkan segala-galanya daripada sebab anda tidak jatuh ke lantai kepada sebab langit berwarna biru.

kami teori elektromagnetisme boleh dikatakan teori fizikal terbaik yang pernah dibuat manusia-tetapi ia tidak mempunyai jawapan mengapa elektromagnetisme sekuat itu. Hanya eksperimen boleh memberitahu anda kekuatan elektromagnetisme, yang diukur dengan nombor yang dipanggil α (aka alpha, atau pemalar struktur halus).

Ahli fizik Amerika Richard Feynman, yang membantu menghasilkan teori, dipanggil ini “salah satu misteri fizik terhebat” dan menggesa ahli fizik untuk “meletakkan nombor ini di dinding mereka dan bimbang tentangnya.”

Dalam penyelidikan yang baru diterbitkan dalam Sains, kami memutuskan untuk menguji sama ada α adalah sama di tempat yang berbeza dalam galaksi kita dengan mengkaji bintang yang hampir sama kembar matahari kita. Jika α berbeza di tempat yang berbeza, ia mungkin membantu kita mencari teori muktamad, bukan sahaja tentang elektromagnetisme, tetapi semua hukum alam bersama-sama— “teori segala-galanya.”

Kami mahu memecahkan teori kegemaran kami

Ahli fizik benar-benar mahukan satu perkara: situasi di mana pemahaman semasa kita tentang fizik rosak. Fizik baru. Isyarat yang tidak dapat dijelaskan oleh teori semasa. Tiang tanda untuk teori segala-galanya.

'Salah satu misteri fizik terhebat': Mempelajari matahari yang jauh dalam ujian astronomi paling tepat bagi elektrom

Pelangi matahari: cahaya matahari di sini tersebar ke dalam baris yang berasingan, masing-masing meliputi hanya julat kecil warna, untuk mendedahkan banyak garis penyerapan gelap daripada atom di atmosfera Matahari. Kredit: NA Sharp / KPNO / NOIRLab / NSO / NSF / AURA, CC BY

Untuk mencarinya, mereka mungkin menunggu jauh di bawah tanah dalam lombong emas untuk zarah jirim gelap berlanggar dengan hablur khas. Atau mereka mungkin berhati-hati menjaga jam atom terbaik di dunia selama bertahun-tahun untuk melihat jika mereka memberitahu masa yang sedikit berbeza. Atau hancurkan proton bersama-sama pada (hampir) kelajuan cahaya dalam gelanggang 27 km Pelanggar Hadron Besar.

Masalahnya, sukar untuk mengetahui di mana hendak mencari. Teori semasa kita tidak dapat membimbing kita.

Sudah tentu, kami melihat di makmal di Bumi, di mana ia paling mudah untuk mencari dengan teliti dan paling tepat. Tetapi itu sedikit seperti mabuk hanya mencari kuncinya yang hilang di bawah tiang lampu apabila, sebenarnya, dia mungkin kehilangan mereka di seberang jalan, di suatu tempat di sudut yang gelap.

Bintang sangat mengerikan, tetapi kadang-kadang sangat serupa

Kami memutuskan untuk melihat di luar Bumi, di luar kami sistem suria, untuk melihat sama ada bintang yang hampir sama kembar matahari kita menghasilkan pelangi warna yang sama. Atom dalam atmosfera bintang menyerap sebahagian daripada cahaya yang bergelut keluar dari relau nuklear dalam terasnya.

Hanya warna tertentu yang diserap, meninggalkan garis gelap dalam pelangi. Warna yang diserap itu ditentukan oleh α—jadi mengukur garis gelap dengan berhati-hati juga membolehkan kita mengukur α.

blank

Gas yang lebih panas dan lebih sejuk yang menggelegak melalui atmosfera bintang yang bergelora menyukarkan untuk membandingkan garis serapan dalam bintang dengan yang dilihat dalam eksperimen makmal. Kredit: NSO / AURA / NSF, CC BY

Masalahnya ialah, atmosfera bintang bergerak—mendidih, berputar, bergelung, bersendawa—dan ini mengubah garisan. Peralihan merosakkan sebarang perbandingan dengan garisan yang sama di makmal di Bumi, dan oleh itu sebarang peluang untuk mengukur α. Bintang, nampaknya, adalah tempat yang mengerikan untuk menguji elektromagnetisme.

Tetapi kami tertanya-tanya: jika anda menjumpai bintang yang sangat serupa—berkembar antara satu sama lain—mungkin warna gelap yang diserap mereka juga serupa. Jadi daripada membandingkan bintang dengan makmal di Bumi, kami membandingkan kembar matahari kami antara satu sama lain.

Ujian baru dengan kembar solar

Pasukan penyelidik pelajar, pasca doktoral dan kanan kami, di Universiti Teknologi Swinburne dan Universiti New South Wales, mengukur jarak antara pasangan garis penyerapan di matahari kita dan 16 “kembar suria”—bintang yang hampir tidak dapat dibezakan daripada matahari kita.

Pelangi dari bintang-bintang ini diperhatikan pada Teleskop Balai Cerap Selatan Eropah (ESO) 3.6 meter di Chile. Walaupun bukan teleskop terbesar di dunia, cahaya yang dikumpulnya disalurkan ke dalam spektrograf yang paling dikawal dan paling difahami: HARPS. Ini memisahkan cahaya kepada warnanya, mendedahkan corak terperinci garis gelap.

HARPS menghabiskan banyak masanya memerhati bintang seperti matahari untuk mencari planet. Secara mudahnya, ini memberikan khazanah data yang kami perlukan.

blank

Teleskop ESO 3.6 meter di Chile menghabiskan banyak masanya memerhati bintang seperti Matahari untuk mencari planet menggunakan spektrografnya yang sangat tepat, HARPS. Kredit: Iztok Bončina / ESO, CC BY

Daripada spektrum yang indah ini, kami telah menunjukkan bahawa α adalah sama dalam 17 kembar suria kepada ketepatan yang menakjubkan: hanya 50 bahagian per bilion. Itu seperti membandingkan ketinggian anda dengan lilitan Bumi. Ia merupakan ujian astronomi yang paling tepat bagi α yang pernah dilakukan.

Malangnya, ukuran baharu kami tidak memecahkan teori kegemaran kami. Tetapi bintang yang kami pelajari semuanya berdekatan, hanya sehingga 160 tahun cahaya jauhnya.

Apa yang akan datang?

Baru-baru ini kami telah mengenal pasti kembar suria baharu lebih jauh, kira-kira separuh jalan ke pusat galaksi Bima Sakti kami.

Di rantau ini, seharusnya terdapat kepekatan jirim gelap yang jauh lebih tinggi—bahan yang sukar difahami oleh ahli astronomi percaya bersembunyi di seluruh galaksi dan seterusnya. Seperti α, kita tahu sedikit tentang jirim gelap, dan beberapa ahli fizik teori cadangkan bahagian dalam galaksi kita mungkin hanya sudut gelap yang patut kita cari hubungan antara kedua-dua “misteri fizik sialan ini.”

Jika kita dapat memerhati matahari yang jauh lebih jauh ini dengan teleskop optik terbesar, mungkin kita akan menemui kunci kepada alam semesta.

Maklumat lanjut:
Michael T. Murphy et al, Had variasi dalam pemalar struktur halus daripada spektrum bintang seperti Matahari berdekatan, Sains (2022). DOI: 10.1126/sains.abi9232

Artikel ini diterbitkan semula daripada Perbualan di bawah lesen Creative Commons. Membaca artikel asal.Perbualan

Petikan: ‘Salah satu misteri fizik terhebat’: Ujian astronomi elektromagnetisme yang paling tepat (2022, 11 November) diperoleh pada 11 November 2022 daripada

Dokumen ini tertakluk kepada hak cipta. Selain daripada sebarang urusan adil untuk tujuan kajian atau penyelidikan persendirian, tiada bahagian boleh diterbitkan semula tanpa kebenaran bertulis. Kandungan disediakan untuk tujuan maklumat sahaja.

We would love to say thanks to the author of this post for this incredible web content

‘Salah satu misteri fizik terhebat’: Ujian astronomi elektromagnetisme yang paling tepat lagi


You can view our social media pages here and additional related pages here.https://paw6.info/related-pages/