微細構造定数

微細構造定数$\alpha$とは電磁相互作用の強さを決定づける基本的な物理定数である。1916年にドイツの物理学者のアルノルト・ゾンマーフェルトによって、ボーアの原子模型における原子スペクトル線の記述における相対論的補正の尺度として導入されたのがこの定数の始まりである。つまり、スペクトル線の微細構造を決定づける定数であり、導入者にちなんでゾンマーフェルト定数とも呼ばれる。

これは、原子のエネルギー準位の大きさの非常に小さな変化の大きさを決定する。そしてスペクトル線における狭く近い周波数の集合である微細構造の形成を決定し、それは$\alpha ^{2}$に比例する。分裂は、量子効果、すなわち原子内の2つの電子が仮想光子を交換することで生じる相互作用によって起こり、その際にエネルギーが変化する。

微細構造定数は基本定数の組み合わせによってできる無次元量である。2022年のデータに基づくと科学技術データ委員会は以下の値を使用することを推奨している。

$\alpha =7.297,352,5643(11)\cdot 10^{-3}$

また。その逆の、

${\frac {1}{\alpha }}=137.035,999,177(21)$

が定義されている。$\alpha$と${\frac {1}{\alpha }}$の測定偏差は$1.5\cdot 10^{-10}$である。これは最も正確に測定された物理定数の1つである。

また、国際単位系では微細構造定数は以下のように定義されている。

$\alpha ={\frac {e^{2}}{4\pi \varepsilon _{0}\hbar c}}={\frac {e^{2}}{2\varepsilon hc}}$

• $e$=電気素量
• $\hbar ={\frac {h}{2\pi }}$=換算プランク定数とプランク定数
• $c$=真空中の光速
• $\varepsilon$=電気定数

関連項目

• M理論
• ファイゲンバウム定数
• 超微細構造