Стала тонкої структури

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Стала тонкої структури — безрозмірна константа, яку можна утворити із фундаментальних фізичних сталих: заряду електрона e, швидкості світла c та приведеної сталої Планка $\hbar$ .

Вперше стала тонкої структури була введена Арнольдом Зоммерфельдом в 1916 р. в формулі Зоммерфельда-Дірака при розгляді прецессійного руху релятивістського електрона в полі атомного воднеподібного ядра. Свою назву вона отримала в зв'язку з тим, що вона визначає тонку структуру спектру атома водню.

Стала є безрозмірною величиною, а її чисельне значення не залежить від вибраної системи одиниць. На даний момент рекомендується використовувати наступне значення^[1]:

$\alpha=7,297\,352\,5376(50) \times 10^{-3}=\frac{1}{137,035\,999\,679(94)}.$

В системі СІ вона може бути визначена як:

$\alpha=\frac{e^2}{\hbar\,c4\pi\varepsilon_0}=\frac{e^2}{2\varepsilon_0hc}$ ,

де e — елементарний електричний заряд, $\hbar=h/2\pi$ — постійна Планка, c — швидкість світла у вакуумі, $\varepsilon_0$ — діелектрична проникність вакууму.

В системі одиниць СГСЕ стала тонкої структури визначається як:

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

[ред.] Значення

Стала тонкої структури є основою константою квантової електродинаміки, оскільки визначає інтенсивність електромагнітної взаємодії. В квантовій електродинаміці часто використовується природна система одиниць, в якій приведена стала Планка і швидкість світла, а також маса електрона, дорівнюють одиниці. В такій безрозмірній системі одиниць стала тонкої структури дорівнює квадрату елементарного електричного заряду, залишаючись єдиною константою теорії. Систему одиниць можна також визначити таким чином, що одиниці дорівнюватиме електричний заряд. Тоді величина, обернена сталій тонкої структури, відіграватиме за вибором або роль сталої Планка або роль швидкості світла.

Мале значення сталої тонкої структури дозволяє використання в квантовій електродинаміці теорії збурень. Для порівняння, якщо інтенсивність електромагнітної взаємодії $\alpha \approx 1/137$ , то інтенсивність сильної взаємодії має порядок одиниці.

[ред.] Физична інтерпретація

Стала тонкої структури формально вважається відношенням двох енергій: енергії, необхідної для зближення двох електронів з нескінченності до деякої віддалі $s\,$ , та енергії фотона з довжиною хвилі $2 \pi s\,$ .

З історичної точки зору першою інтерпретацією сталої тонкої структури було відношення швидкості електрона на першій круговій орбіті в Боровській моделі атому до швидкості світла.