Razão de massa próton-elétron - Proton-to-electron mass ratio
Na física , a razão de massa próton-elétron , μ ou β , é simplesmente a massa restante do próton (um bárion encontrado nos átomos ) dividida pela do elétron (um leptão encontrado nos átomos). Porque esta é uma proporção de quantidades físicas com dimensões semelhantes , é uma quantidade adimensional , uma função das constantes físicas adimensionais , e tem valor numérico independente do sistema de unidades , a saber:
- μ = m p / m e = 1 836 0,152 673 43 (11) .
O número entre parênteses é a incerteza de medição nos últimos dois dígitos. O valor de μ é conhecido por cerca de 0,1 partes por bilhão.
Também foi notado que μ ≈
Discussão
μ é uma constante física fundamental importante porque:
- Quase toda a ciência lida com matéria bariônica e como as interações fundamentais afetam essa matéria. A matéria bariônica consiste em quarks e partículas feitas de quarks, como prótons e nêutrons . Os nêutrons livres têm meia-vida de 613,9 segundos. Elétrons e prótons parecem estar estáveis, até onde sabemos. (As teorias do decaimento do próton preveem que o próton tem uma meia-vida da ordem de pelo menos 10 32 anos . Até o momento, não há evidência experimental do decaimento do próton.);
- Por serem estáveis, são componentes de todos os átomos normais e determinam suas propriedades químicas, o próton é o bárion mais importante , enquanto o elétron é o leptão mais importante ;
- μ e a constante de estrutura fina α são as duas grandezas adimensionais emergentes na física elementar, e duas das três grandezas adimensionais discutidas em Barrow (2002);
- A massa do próton m p é composta principalmente de glúons e dos quarks (o quark up e o quark down ) que constituem o próton. Logo, m p e, portanto, a razão µ , são consequências facilmente mensuráveis da força forte . De fato, no limite quiral , m p é proporcional à escala de energia QCD , Λ QCD . Em uma determinada escala de energia, a constante de acoplamento forte α s está relacionada à escala QCD (e, portanto, μ ) como
Variação de μ ao longo do tempo
Os astrofísicos tentaram encontrar evidências de que µ mudou ao longo da história do universo. (A mesma pergunta também foi feita a respeito da constante de estrutura fina .) Uma causa interessante de tal mudança seria a mudança ao longo do tempo na resistência da força forte .
Pesquisas astronômicas para μ que variam no tempo examinaram tipicamente a série Lyman e as transições de Werner do hidrogênio molecular que, dado um desvio para o vermelho suficientemente grande , ocorrem na região óptica e, portanto, podem ser observadas com espectrógrafos baseados no solo .
Se μ mudasse, então a mudança no comprimento de onda λ i de cada comprimento de onda do quadro de repouso pode ser parametrizada como:
onde Δ μ / μ é a mudança proporcional em μ e K i é uma constante que deve ser calculada dentro de uma estrutura teórica (ou semi-empírica).
Reinhold et al. (2006) relataram uma variação potencial de 4 desvio padrão em μ analisando os espectros de absorção de hidrogênio molecular dos quasares Q0405-443 e Q0347-373. Eles descobriram que Δ μ / μ = (2,4 ± 0,6) × 10 - 5 . King et al. (2008) reanalisaram os dados espectrais de Reinhold et al. e coletou novos dados em outro quasar, Q0528-250. Eles estimaram que Δ μ / μ = (2,6 ± 3,0) × 10 - 6 , diferente das estimativas de Reinhold et al. (2006).
Murphy et al. (2008) usaram a transição de inversão da amônia para concluir que | Δ μ / μ | <1,8 × 10 −6 no redshift z = 0,68 . Kanekar (2011) usou observações mais profundas das transições de inversão da amônia no mesmo sistema em z = 0,68 em direção a 0218 + 357 para obter | Δ μ / μ | <3 × 10 −7 .
Bagdonaite et al. (2013) usaram transições de metanol na galáxia de lente espiral PKS 1830-211 para encontrar ∆ μ / μ = (0,0 ± 1,0) × 10 −7 em z = 0,89 . Kanekar et al. (2015) usaram observações quase simultâneas de múltiplas transições de metanol na mesma lente, para encontrar ∆ μ / μ <1,1 × 10 −7 em z = 0,89 . Usando três linhas de metanol com frequências semelhantes para reduzir os efeitos sistemáticos, Kanekar et al. (2015) obteve ∆ μ / μ <4 × 10 −7 .
Observe que qualquer comparação entre os valores de Δ μ / μ em redshifts substancialmente diferentes precisará de um modelo específico para governar a evolução de Δ μ / μ . Ou seja, resultados consistentes com mudança zero em redshifts mais baixos não excluem mudanças significativas em redshifts mais altos.
Veja também
Notas de rodapé
Referências
- Barrow, John D. (2003). As constantes da natureza: do alfa ao ômega - os números que codificam os segredos mais profundos do universo . Londres: Vintage. ISBN 0-09-928647-5.
- Reinhold, E .; Buning, R .; Hollenstein, U .; Ivanchik, A .; Petitjean, P .; Ubachs, W. (2006). "Indicação de uma variação cosmológica da relação de massa próton-elétron com base na medição laboratorial e reanálise de espectros de H2" (PDF) . Cartas de revisão física . 96 (15): 151101. bibcode : 2006PhRvL..96o1101R . doi : 10.1103 / physrevlett.96.151101 . PMID 16712142 .
- King, J .; Webb, J .; Murphy, M .; Carswell, R. (2008). "Restrição nula estrita na evolução cosmológica da relação de massa próton-elétron". Cartas de revisão física . 101 (25): 251304. arXiv : 0807.4366 . Bibcode : 2008PhRvL.101y1304K . doi : 10.1103 / physrevlett.101.251304 . PMID 19113692 .
- Murphy, M .; Flambaum, V .; Muller, S .; Henkel, C. (2008). "Limite forte em uma relação de massa próton-elétron variável de moléculas no universo distante". Ciência . 320 (5883): 1611–3. arXiv : 0806.3081 . Bibcode : 2008Sci ... 320.1611M . doi : 10.1126 / science.1156352 . PMID 18566280 .
- Kanekar, N. (2011). "Restringindo mudanças na relação de massa próton-elétron com linhas de inversão e rotação". Astrophysical Journal Letters . 728 (1): L12. arXiv : 1101.4029 . Bibcode : 2011ApJ ... 728L..12K . doi : 10.1088 / 2041-8205 / 728/1 / L12 .
- Kanekar, N .; Ubachs, W .; Menten, KL; Bagdonaite, J .; Brunthaler, A .; Henkel, C .; Muller, S .; Bethlem, HL; Dapra, M. (2015). "Restrições nas mudanças na razão de massa próton-elétron usando linhas de metanol". Avisos mensais das cartas da Royal Astronomical Society . 448 (1): L104. arXiv : 1412,7757 . Bibcode : 2015MNRAS.448L.104K . doi : 10.1093 / mnrasl / slu206 .