Атомные часы и космическая константа: новое измерение скорости света через водородное излучение

Современная наука достигла нового рубежа в метрологии, используя атомные часы для калибровки фундаментальных физических констант. Недавние исследования сфокусированы на измерении скорости света в узком диапазоне, связанном с излучением холодного водорода на длине волны 21 сантиметр. Этот метод позволяет не только зафиксировать скорость света, но и глубже изучить механизмы, управляющие расширением Вселенной и силой электромагнитного взаимодействия, которое характеризуется постоянной тонкой структуры (альфа).

Суть эксперимента заключается в анализе излучения, генерируемого при переходе между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома водорода. Этот переход, известный как линия 21 см, является основой радиоастрономии, поскольку нейтральный водород составляет значительную долю межзвездного вещества, по оценкам, около 80% всего водорода в галактиках. Частота этого излучения составляет приблизительно 1420 мегагерц (или 1,42 ГГц). Ученые стремятся с беспрецедентной точностью вычислить значение постоянной тонкой структуры, которая является безразмерной величиной, определяющей силу электромагнитного взаимодействия.

Любая флуктуация этой константы во времени или пространстве может потребовать пересмотра устоявшихся космологических моделей. Исследование константы имеет критическое значение, поскольку оно проверяет гипотезу о неизменности законов физики на протяжении миллиардов лет. Существующие научные данные, полученные, например, при анализе света от удаленных квазаров, охватывающего до 13 миллиардов лет, а также исследования, показывающие отсутствие изменений за последние три миллиарда лет с точностью до одной миллионной доли, подтверждают ее стабильность. Идея о потенциальной изменчивости фундаментальных констант, занимавшая умы физиков, таких как Ландау и Гамов, открывает перспективу увидеть, как менялись электромагнитные силы на заре времен.

Выбор линии 21 см обусловлен ее повсеместной распространенностью во Вселенной. Хотя самопроизвольный переход в одном атоме происходит крайне редко — в среднем раз в 11 миллионов лет, — огромное количество атомов в космических облаках обеспечивает достаточную интенсивность излучения для регистрации на огромных расстояниях. Применение атомных часов обеспечивает метрологическую чистоту, необходимую для исключения инструментальных погрешностей, которые могли исказить предыдущие результаты. Подобные точные измерения служат барометром, отражающим гармонию в ткани реальности. Стремление к такой точности в измерении скорости света и постоянной тонкой структуры — это акт ответственности перед знанием, позволяющий формировать более ясное видение эволюции Вселенной.