Konstanta fine strukture

Konstanta fine strukture (oznaka α) je prirodna konstanta, bezdimenzionalna veličina u fizici elementarnih čestica koja opisuje jakost međudjelovanja između električkih nabijenih čestica i fotona. Ona je konstanta vezanja u elektromagnetskim djelovanjima, a određuje finu strukturu (cijepanje spin–staza) u atomskim spektrima. Njezina su definicija i vrijednost:

$\alpha =\frac{e^2}{\hslash \cdot c\cdot 4\cdot \pi \cdot {\epsilon }_0}=7,2973525376(50)\times 10^{-3}=\frac{1}{137,035999679(94)}$

gdje je:

• e - elementarni naboj;
• ħ = h/2π - reducirana Planckova konstanta;
• c - brzina svjetlosti u vakuumu;
• ε₀ - dielektrična permitivnost vakuuma.

Konstantu fine strukture u fiziku je uveo A. Sommerfeld, proširujući Bohrov model atoma uključivanjem relativističkih pojava i eliptičnih staza gibanja elektrona, te kvantizirajući energiju, linearnu i kutnu količinu gibanja. Konstanta fine strukture je važna u teorijskim proračunima i razumijevanju elektromagnetskih međudjelovanja i zračenja te ulazi u matrične elemente različitih elektromagnetskih procesa, određujući njihove udarne presjeke i raspade.

Objašnjenje

Postoje tri ravnopravne definicije konstante fine strukture temeljene na ostalim temeljnim fizikalnim konstantama:

$\alpha =\frac{e^2}{(4\cdot \pi \cdot {\epsilon }_0)\cdot \hslash \cdot c}=\frac{e^2\cdot c\cdot {\mu }_0}{2\cdot h}=\frac{k_{\mathrm{e}}\cdot e^2}{\hslash \cdot c},$

gdje je:

• e – elementarni naboj;
• ħ = h/2π – reducirana Planckova konstanta;
• c – brzina svjetlosti u vakuumu;
• ε₀ – Dielektrična konstanta vakuuma;
• µ₀ – permeabilnost vakuuma;
• k_e – Coulombova konstanta.

Mjerenje

Prema 2006 CODATA (Committee on Data for Science and Technology, Komitet za podatke za znanost i tehnologiju), preporučene su i definicija i iznos konstante α kao:

$\alpha =\frac{e^2}{\hslash \cdot c\cdot 4\cdot \pi \cdot {\epsilon }_0}=7,2973525376(50)\times 10^{-3}=\frac{1}{137,035999679(94)}$