La nivel fundamental, universul nostru reprezintă o orchestrare uluitoare a patru elemente esențiale: spațiu-timpul, particulele, forțele și interacțiunile între acestea. În acest vast „teren de joacă” cosmic, spațiu-timpul oferă cadrul, în timp ce particulele sunt actorii principali care interacționează, se ciocnesc, se atrag sau se resping conform legilor fizicii. Totuși, pentru ca aceste interacțiuni să fie coerente și precise, este necesar un alt element esențial: constantele fundamentale.
Aceste constante ilustrează forțele și proprietățile fizice ale particulelor care constituie tot ceea ce există. Deși am identificat 26 de constante fundamentale adimensionale care par să determine „regulile jocului”, ele nu conturează întreaga poveste. Nu sunt prevăzute de o teorie mai profundă și rămân, în prezent, niște „valori arbitrare” despre care am aflat doar prin observații și experimente. A cunoaște și a înțelege aceste constante constituie o premisă esențială pentru a reconstrui realitatea așa cum o percepem.
În acest articol, ne vom îndrepta atenția asupra acestor constante, importanței lor și misterelor nevindecate ale universului care încă pot ascunde alte constante fundamentale.
Ce reprezintă o constantă fundamentală?
O constantă fundamentală se referă la o valoare măsurabilă – un număr – ce rămâne constantă în orice moment și loc din univers. De exemplu, sarcina unui electron sau constanta vitezei luminii în vid (c) sunt astfel de constante. Unele constante au dimensiuni (precum c în m/s), dar cele mai fundamentale sunt adimensionale – numere pure, fără unități.
Constantele adimensionale sunt preferate de fizicieni deoarece nu depind de sistemele noastre arbitrare de măsură (metri, secunde, kilograme). Ele rămân neschimbate, oferind o fundație universală pentru a descrie realitatea. Ideal, aceste constante ar trebui să conducă la toate proprietățile măsurabile ale universului – de la masa particulelor, la forțele lor și la structura spațiu-timpului.
Cele 26 de constante fundamentale
1. Constanta structurii fine (α)
Această constantă reglează intensitatea interacțiunii electromagnetice. Este un raport între constanta lui Planck redusă (ħ), viteza luminii (c), sarcina elementară și permitivitatea vidului și are valoarea α ≈ 1/137.035999070. Este o constantă adimensională, esențială pentru înțelegerea comportamentului atomic.
2. Constanta de cuplare puternică (αs)
Aceasta descrie interacțiunea tare – forța care menține împreună quarcurile pentru a forma protoni și neutroni. Constanta de cuplare puternică variază în funcție de energia coliziunilor.
3–17. Masele particulelor din Modelul Standard
Acestea includ masele:
– 6 quarcuri (up, down, charm, strange, top, bottom)
– 6 leptoni (electron, miuon, tau și neutrinii lor)
– 3 bosoni masivi (W+, W– și Z) plus bosonul Higgs
Pentru a exprima masele într-un mod adimensional, acestea sunt scalate față de constanta gravitațională G.
18–21. Parametrii din Matricea CKM
Aceasta este Matricea Cabibbo–Kobayashi–Maskawa, care ilustrează modul în care quarcurile se transformă una în alta în cadrul interacțiunilor slabe. Conține patru constante: trei unghiuri de amestecare și o fază complexă ce duce la încălcarea simetriei CP.
22–25. Parametrii neutrinilor
Acest grup include unghiurile de amestecare dintre cele trei tipuri de neutrini și diferențele de pătrat ale maselor acestora. Atunci când s-a descoperit că neutrinii au masă și pot oscila între diferitele tipuri (electron, miuon, tau), aceste patru constante au devenit necesare pentru a le caracteriza.
26. Constanta cosmologică (Λ)
