Hogyan működik a fizika erős gravitációs térben?

896
Az elektromágneses kölcsönhatás egyike a négy alapvető kölcsönhatásnak az erős, a gyenge, illetve a gravitációs kölcsönhatás mellett. Erőssége a Standard Modellben egy egyszerű számmal, az ún. finomszerkezeti állandóval (α) van megadva, amelynek kifejezésében a vákuumbeli fénysebesség, az elektron töltése, valamint a Planck-állandó szerepel. Mindebből kifolyólag értéke földi laboratóriumban mérve konstans, közelítőleg 1/137. Távoli kvazárok fényét vizsgálva viszont korábban úgy találták a kutatók, hogy α értéke nem állandó: nagy távolságokon vagy erős gravitációs mező jelenlétében változhat. Mindezidáig azonban nem született ezt megerősítő, független eredmény.
Az elmélet szerint tehát az elektromágneses kölcsönhatás erőssége változik extrém fizikai körülmények között; ilyen például a fehér törpecsillagok környezete. Egy Naphoz hasonló, kis tömegű csillag élete vége felé előbb vörös óriássá növekszik, majd külső anyagburkát ledobva marad hátra a fehér törpe, amelyben már nem folyik energiatermelés. Egy ilyen maradványcsillag közel Föld méretű, tömege viszont a Nappal összemérhető, így a gravitációs tere nagyon erős. 
Egy nemzetközi kutatócsoport egy ilyen objektum közelében próbálta meghatározni a finomszerkezeti állandó értékét, hogy összevethessék azt a földi laboratóriumokban kimért adatokkal. A M. Barstow (University of Leicester) által vezetett csoport a G191-B2B jelű fehér törpe légkörében lévő vas- és nikkelionok színképvonalait vizsgálta a Hubble-űrtávcső spektroszkópjával. Dacára a földinél százezerszer erősebb gravitációs térnek, az ionok nem csapódnak a fehér törpe felszínébe, a kihűlő maradványcsillag intenzív sugárzása ugyanis ellensúlyozza a vonzóerőt. Az egyes abszorpciós vonalak űrteleszkóppal kimért hullámhosszaiból a kutatók nagy pontossággal tudták meghatározni α értékét. 
A szemléltető ábra erősen eltúlozva mutatja azt az esetet, amikor a finomszerkezeti állandó (α) értéke függ a gravitációs térerősségtől (felső színkép), összehasonlítva azzal az esettel, amikor ez a kapcsolat nem áll fenn (J. Berengut, University of New South Wales).
A kutatók azt találták, hogy ha létezik is különbség a földi, illetve a vizsgált fehér törpe erős gravitációs terében mért α-értékek között, akkor annak nagysága legfeljebb egy tízezred résznyi lehet; vagyis a hasonló, extrém körülmények is csak kis mértékben befolyásolhatják az elektromágneses kölcsönhatás erősségét. A vizsgálatokat nehezítette, hogy az összehasonlításhoz a kutatóknak az 1970-es években készült laboreredményeket kellett felhasználniuk. A jövőben jobb körülmények között kimért adatsorokat felhasználva várhatóan akár egy milliomodrész pontosággal is meg fogják tudni mérni a finomszerkezeti állandó változását; ennél a pontosságnál pedig már határozottan meg lehet majd állapítani, hogy valódi természeti konstansról van-e szó.

Hozzászólás

hozzászólás