Hằng số cấu trúc tinh tế

Tượng Sommerfeld đặt ở Đại học Ludwig-Maximilians (LMU), Theresienstr. 37, München, CHLB Đức. Bên dưới là công thức hằng số Sommerfeld trong hệ thống đo lường Gauß, là hệ thường dùng trong vật lý lý thuyết.

Trong vật lý học, hằng số cấu trúc tinh tế hoặc hằng số cấu trúc tế vi (Fine-structure constant), còn được gọi là hằng số Sommerfeld và thường được ký hiệu là $\alpha$ (chữ alpha Hy Lạp), là một hằng số vật lý cơ bản đặc trưng cho mức độ tương tác điện từ giữa các hạt cơ bản tích điện.

Nó có liên quan đến điện tích cơ bản (hằng số liên kết điện từ) e, mà nó đặc trưng cho cường độ liên kết của một hạt cơ bản tích điện với trường điện từ, theo công thức 4πε₀ħcα = e². Là một đại lượng không thứ nguyên, nó có giá trị bằng số như nhau trong mọi hệ thống đơn vị đo lường.

Hằng số này được Arnold Sommerfeld đưa ra năm 1916 khi giải thích lý thuyết về sự phân tách (cấu trúc tinh tế) của các vạch phổ trong quang phổ của nguyên tử hydro. Vì thế nó được gọi là "hằng số Sommerfeld" hoặc "hằng số cấu trúc tinh tế Sommerfeld".

Định nghĩaSửa đổi

Một số định nghĩa tương đương của α về hằng số vật lý cơ bản khác là:

\alpha ={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}{\frac {e^{2}}{\hbar c}}={\frac {\mu _{0}}{4\pi }}{\frac {e^{2}c}{\hbar }}={\frac {k_{\text{e}}e^{2}}{\hbar c}}={\frac {c\mu _{0}}{2R_{\text{K}}}}

trong đó:

e là điện tích cơ bản;
π là số pi;
ħ = h/2π là hằng số Planck rút gọn;
c là tốc độ ánh sáng trong chân không;
ε₀ là hằng số điện môi (permittivity) của không gian tự do;
µ₀ là độ từ thẩm của không gian tự do;
k_e là hằng số Coulomb;
R_K là hằng số von Klitzing.

Định nghĩa phản ánh mối quan hệ giữa α và hằng số liên kết điện từ e, và là e = $\sqrt 4 παε 0 ħc$ .

Trong hệ phi SISửa đổi

Trong hệ CGS điện tĩnh (tức CGSE), các đơn vị của điện tích, của statcoulomb (đơn vị điện tĩnh của điện tích), được xác định sao cho hằng số Coulomb k_e, hoặc hằng số điện môi 4πε₀, là 1 và không thứ nguyên. Khi đó sự biểu diễn của hằng số cấu trúc tinh tế như thường thấy trong văn liệu vật lý trước đây, trở thành

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

Trong hệ đơn vị tự nhiên (natural units), thường được sử dụng trong vật lý năng lượng cao, trong đó ε₀ = c = ħ = 1, giá trị của hằng số cấu trúc tinh tế là^[1]

\alpha ={\frac {e^{2}}{4\pi }}.

Như vậy, mặc dù không thứ nguyên, hằng số cấu trúc tinh tế là cái gì đó khác, là định lượng xác định (hoặc xác định bằng) điện tích cơ bản: e = $\sqrt 4 πα$ ≈ 0.30282212 theo đơn vị tự nhiên như thế của điện tích.

Đo đạcSửa đổi

Hằng số có thật sự là hằng số?Sửa đổi

Hằng số đẹp và vụ đạo văn khoa học ở Việt NamSửa đổi

"Fine-structure constant", được các báo mạng ở Việt Nam dịch là "hằng số đẹp", đã từng là chủ đề đạo văn của 2 bài báo do một nhóm "nhà khoa học" ở Việt Nam, gửi đăng trên các tạp chí vật lý có uy tín trên thế giới. Nó dẫn đến việc "giới khoa học trong và ngoài nước xôn xao trước sự kiện 2 tạp chí uy tín về vật lý trên thế giới đã có tuyên bố rút lại bài báo đã được đăng do tác giả đạo văn." (Trích Thanh Niên Online, 27/10/2010)^[2].

Tạp chí Physics Letters B tháng 2/2010 xác định bài báo "Search for cosmological time variation of the fine-structure constant using low-redshifts of quasar" (Tìm biến thiên thời gian vũ trụ của hằng số cấu trúc tinh tế thông qua dịch chuyển đỏ thấp của quasar) là đạo văn khi chờ đăng.
Tạp chí EPL (Europhysics Letters) trong số phát hành tháng 6/2010 thông báo rút bài báo trót đăng tải là "Was the fine-structure constant variable over cosmological time?" (Hằng số cấu trúc tinh tế có biến thiên theo thời gian vũ trụ?).^[3]^[4]

Theo thông lệ thì các tạp chí nói trên không nhận tiếp bài của những người trong danh sách đen, và điều này sẽ gây rắc rối cho những nhà nghiên cứu trùng tên theo tiếng Anh.