Velmi vzdálený kvasar. Kredit: NASA, ESA and X. Fan (University of Arizona).

Základní fyzikální konstanty jsou jednou ze záhad dnešní fyziky. Nejsou předpovězené teoriemi. Jsou prostě naměřené a pak dosazované do rovnic, které drží pohromadě celý vesmír. Fyziky velmi dráždí a mnozí se jim snaží dostat na kobylku tím, že zbourají jejich konstantnost. Obvykle se to příliš nedaří a základní fyzikální konstanty zůstávají … konstantní.

John Webb. Kredit: University of New South Wales.

Jednou z výjimek by se mohla stát konstanta jemné struktury (Fine structure constant), též známá jako Sommerfeldova konstanta, která bývá označována řeckým písmenem alfa. Jde o základní fyzikální konstantu, která popisuje sílu elektromagnetické interakce, jednu ze čtyřech základních fyzikálních sil. Je to bezrozměrná veličina, která v sobě zahrnuje další čtyři základní fyzikální konstanty – rychlost světla, elementární náboj (čili náboj elektronu), Planckovu konstantu a permitivitu vakua. Konstanta jemné struktury je jedním ze 20 parametrů, které se dosazují do Standardního modelu částicové fyziky.

Konstanta jemné struktury je zároveň vhodná pro přesná měření, protože částečně určuje emisní a absorpční vlastnosti atomů. Lze ji měřit nejen v laboratoři, ale i v astrofyzikálních datech, která pocházejí z velmi vzdáleného vesmíru. Právě taková měření uskutečnil tým, který vedl John Webb z australské University of New South Wales. Použili k tomu velmi vzdálený kvasar J1120+0641, který pozorujeme ve vesmíru, jemuž tehdy bylo pouhých 750 milionů let.

Spektrograf ESPRESSO v akci. Kredit: ESO/L. Calçada.

Mezi tímto kvasarem a námi objevili tři mračna plynu, která jsou ve vesmíru o stáří asi 1 miliardy let. Aby Webbův tým změřil příslušné hodnoty konstanty jemné struktury, tak při analýze spekter použil genetický algoritmus, který v sérii opakovaných kroků odstranil fyzikálně nereálná řešení a zohlednil interference záření z dalších zdrojů.

Webb a spol. nakonec dospěli k závěru, že pokud jde o čas, tak konstanta jemné strukturu je v průběhu větší části historie vesmíru, kterou zahrnovala jejich měření, konstantní. Zároveň ale také potvrdili nedávná měření jiné studie, podle nichž se tato konstanta nepatrně mění v prostoru a to velmi zvláštním způsobem. V jednom směru. Jakoby ve vesmíru existovala specifická osa, které badatelé říkají dipólová.

Jsou to pozoruhodné výsledky. Fyzici je ale zatím přijímají rezervovaně. Jedním z důvodů je, že obě studie, o nichž je řeč, jsou vlastně dílem jedné a té samé výzkumné skupiny a někteří jejich autoři jsou shodní. To by samo o sobě nemuselo úplně vadit, ale snižuje to nezávislost takového potvrzení. Celou záležitost by mohla osvětlit budoucí pozorování a měření. Slibný je v tomto směru především pokročilý spektrograf ESPRESSO (Echelle Spectrograph for Rocky Exoplanet- and Stable Spectroscopic Observations), který pracuje na soustavě teleskopů Very Large Telescope (VLT) Evropské jižní observatoře v Chile.

Video: Astronomical probes of varying constants - Part 1 (John Webb)

Literatura

Ars Technica 28. 4. 2020.

University of New South Wales 27. 4. 2020.

Science Advances 6: eaay9672.