宇宙的秘密代码：测量精细结构常数1/137的非凡方法

精细结构常数是自然界的一个基本常数，其测量在物理学中至关重要。最近，维也纳大学的研究人员发现了一种测量它的独特方法。1/137的数值也被称为精细结构常数，被认为是物理学中的一个关键数字。它在原子和粒子物理学中发挥着重要作用。

在物理学中，精细结构常数（fine structure constant）其数值约为1/137（实际上，精细结构常数的精确值是：0.007297351+/-0.000000006，或1/137.03599913），是表征基本带电粒子之间电磁相互作用强度的基本物理常数。

一个光源（左）将一束光送过一种特殊的材料，它改变了偏振的方向--通过一个由精细结构常数决定的角度。资料来源：Tatiana Lysenko / TU Wien

虽然传统上精细结构常数是通过计算和对其他物理量的测量来间接测量的，但维也纳大学的研究人员已经开发出一种实验，可以以角度的形式直接测量精细结构常数。

精细结构常数描述了电磁作用的强度。它表明带电粒子（如电子）对电磁场的反应有多强烈。如果精细结构常数有一个不同的值，我们的宇宙将看起来完全不同--原子将有不同的大小，所以所有的化学将以不同的方式工作，而恒星中的核聚变也将完全不同。

一个被广泛讨论的问题是精细结构常数是否真的是常数，或者它是否有可能在几十亿年中稍微改变其数值。

"大多数重要的物理常数都有一个特定的单位--例如，光速，它可以用米/秒的单位来表示，"来自维也纳大学固体物理研究所的安德烈-皮门诺夫教授说。"这与精细结构常数不同。它没有单位，只是一个数字--因此它是无尺寸的。"

但是，通常在测量精细结构时，必须测量具有不同物理单位的各种量，然后从这些结果中推断出精细结构常数的值。"另一方面，在我们的实验中，精细结构常数本身变得直接可见，"安德烈-皮门诺夫说。

一束激光被线性偏振--光线正好在垂直方向上振荡。然后光束照射到一层只有几纳米厚的特殊材料上，这种材料具有改变光的偏振方向的特性。

"一种材料旋转激光束的偏振，就其本身而言，没有什么不寻常。不同的材料都能做到这一点；材料层越厚，激光的偏振就越能旋转。但我们在这里处理的是一个完全不同的效果，"皮门诺夫教授解释说。"在我们的案例中，偏振不是连续旋转的--它是跳跃的。"

当穿过薄膜时，光的偏振方向进行了一次量子跳跃。通过后，光波在一个与之前不同的方向上振荡。而当计算这个跳跃的大小时，一个惊人的结果出现了：这个角度变化的量子正是精细结构常数。

我们因此可以直接接触到一些相当不寻常的东西：一个旋转量子。精细结构常数作为一个角度立即变得可见。