양성자-전자 질량비

μ는 다음과 같은 이유로 중요한 기본 물리 상수이다.

중입자 물질은 쿼크와 양성자 및 중성자와 같이 쿼크로 만들어진 입자로 구성된다. 자유 중성자는 613.9초의 반감기를 가진다. 전과 양성자는 현재까지의 지식으로는 안정적으로 보인다. (양성자 붕괴 이론은 양성자가 최소 10³²년의 반감기를 가질 것으로 예측한다. 현재까지 양성자 붕괴의 실험적 증거는 없다.)
양성자는 안정적이며 모든 일반 원자의 구성 요소이고 화학적 특성을 결정하기 때문에 가장 널리 퍼진 중입자이며, 전자는 가장 널리 퍼진 렙톤이다.
양성자 질량 m_p는 주로 글루온과 양성자를 구성하는 쿼크(위 쿼크와 아래 쿼크)로 구성된다. 따라서 m_p, 그리고 그에 따라 μ는 강한 상호작용의 쉽게 측정 가능한 결과이다. 사실, 카이랄 극한에서 m_p는 QCD 에너지 스케일인 Λ_QCD에 비례한다. 주어진 에너지 스케일에서 강한 결합 상수 α_s는 QCD 스케일(따라서 μ)과 다음과 같이 관련된다.

\alpha _{s}=-{\frac {2\pi }{\beta _{0}\ln(E/\Lambda _{\rm {QCD}})}}

여기서 β₀ = −11 + 2n/3이고, n은 맛깔 쿼크의 수이다.

천체물리학자들은 μ가 우주의 역사 동안 변했다는 증거를 찾으려고 노력했다. (같은 질문이 미세 구조 상수에 대해서도 제기되었다.) 이러한 변화의 흥미로운 원인 중 하나는 시간에 따른 강한 상호작용의 강도 변화일 것이다.

시간에 따라 변하는 μ를 찾는 천문학적 탐사는 일반적으로 분자 수소의 라이먼 계열 및 베르너 전이를 조사했는데, 충분히 큰 적색편이가 주어지면 광학 영역에서 발생하여 지상 분광계로 관측할 수 있다.

만약 μ가 변한다면, 각 정지 기준계 파장 λ_i의 변화는 다음과 같이 매개변수화될 수 있다.

\ \lambda _{i}=\lambda _{0}\left[1+K_{i}{\frac {\Delta \mu }{\mu }}\right],

여기서 Δμ/μ는 μ의 비례 변화량이고, K_i는 이론적(또는 반경험적) 프레임워크 내에서 계산되어야 하는 상수이다.

라인홀트 등(2006)은 퀘이사 Q0405-443과 Q0347-373의 분자 수소 흡수 스펙트럼을 분석하여 μ에서 잠재적인 4 표준 편차 변화를 보고했다. 그들은 Δμ/μ = (2.4 ± 0.6)×10^^-5임을 발견했다. 킹 등(2008)은 라인홀트 등(2006)의 스펙트럼 데이터를 재분석하고 또 다른 퀘이사 Q0528-250에 대한 새로운 데이터를 수집했다. 그들은 Δμ/μ = (2.6 ± 3.0)×10^^-6로 추정했는데, 이는 라인홀트 등(2006)의 추정치와 다르다.

머피 등(2008)은 암모니아의 역전이(inversion transition)를 사용하여 |Δμ/μ| < 1.8×10⁻⁶임을 결론지었다. 이 값은 적색편이 z = 0.68에서 얻어졌다. 카네카르(2011)는 0218+357 방향으로 z = 0.68에서 동일한 시스템의 암모니아 역전이(inversion transitions)에 대한 더 깊은 관측을 사용하여 |Δμ/μ| < 3×10⁻⁷을 얻었다.

바그도나이테 등(2013)은 나선형 중력렌즈 은하 PKS 1830-211의 메탄올 전이를 사용하여 z = 0.89에서 ∆μ/μ = (0.0 ± 1.0) × 10⁻⁷을 발견했다.^[2]^[3] 카네카르 등(2015)은 동일한 렌즈에서 여러 메탄올 전이를 거의 동시에 관측하여 z = 0.89에서 ∆μ/μ < 1.1 × 10⁻⁷을 발견했다. 카네카르 등(2015)은 체계적인 영향을 줄이기 위해 유사한 주파수를 가진 세 개의 메탄올 선을 사용하여 ∆μ/μ < 4 × 10⁻⁷을 얻었다.

상당히 다른 적색편이에서 Δμ/μ 값들을 비교할 때는 Δμ/μ의 진화를 지배하는 특정 모델이 필요하다는 점에 유의해야 한다. 즉, 낮은 적색편이에서 변화가 없는 것으로 보이는 결과가 높은 적색편이에서의 상당한 변화를 배제하지는 않는다.

양성자-전자 질량비

토론

시간에 따른 μ의 변화

같이 보기

각주

참고 문헌

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