基本常数的最高精度测量

有史以来对精细结构常数最精确的测量，对预测 "黑暗地带"粒子存在的理论提出了新的限制。法国的研究人员利用冷铷原子云测得的新数值，对粒子物理学标准模型进行了严格的检验，同时也进一步限制了暗物质（据信占我们宇宙中90%以上）的特性。

精细结构常数%%\alpha%%是几个物理量（包括电动力学中的电荷%%e%%和相对论中的光速%%c%%）的组合，它们共同描述电磁相互作用的强度。这使得%%\alpha%%在宇宙中无处不在。因为它是一个无量纲数，从某种意义上说，它比物理常数如引力强度或普朗克常数%%\hbar%%更基本，后者的变化取决于它们被测量的单位。

电磁相互作用微弱。

相对较低的%%\alpha%%值（大约等于%%1/137%%）意味着电磁相互作用较弱。其主要后果是电子的轨道与其原子有一定的距离，因此它们可以自由地形成化学键并形成分子。这种属性使物质和能量能够形成恒星和行星。事实上，一些物理学家认为，我们的存在完全归功于%%\alpha%%的精确值，因为如果%%\alpha%%稍大或稍小，恒星可能无法合成碳等较重的元素，我们所知道的生命也就不会存在。

对%%\alpha%%值的精确测量，使我们有可能严格测试基本粒子之间的关系。这些关系由构成粒子物理学标准模型的方程描述，模型的预测和实验观测之间的任何差异可能提供新物理学的证据。

确定原子的反冲速度。

测量%%\alpha%%通常从确定原子吸收光子时的强烈反冲力开始。这种反冲力的动能（或其速度）揭示了原子的质量。接下来，使用原子质量与电子质量的精确已知比率计算电子的质量。最后根据电子的质量和氢原子的结合能计算%%\alpha%%，其值同样是由光谱测量所熟知的。

巴黎Kastler Brossel实验室的Saïda Guellati-Khélifa领导的研究人员在真空室中将铷原子冷却到绝对零度以上几度。然后利用激光脉冲创造了原子的两种状态的量子叠加。第一种状态对应的是吸收光子时反冲的原子，第二种状态对应的是不反冲的原子。

每种类型原子的两种可能版本沿着不同的路径在实验中传播。然后，研究人员应用第二组激光脉冲来"重新连接"叠加的两半。

吸收光子后原子反冲的越多，越与不反冲的自身版本不同相。通过测量这种差异，Guellati-Khélifa和同事们提取了原子的质量，然后用它来确定精细结构常数。他们的结果表明，%%\alpha%%的精度为%%1/137.035999206(11)%%，其精度为万亿分之81，比上一个里程碑精确了2.5倍，该里程碑是由美国加州大学伯克利分校的Holger Müller及其同事在2018年取得的。

《自然》杂志报道了这项新的测量结果，与2018年伯克利实验中获得的数值相差七位数。这一结果令巴黎研究人员感到惊讶，因为这意味着其中一个或两个测量值有目前未知的误差。然而，这两组测量结果确实与与根据电子的所谓%%g%%因子的精确测量结果（与电子的磁矩有关）计算出的%%\alpha%%值非常一致。在一篇相关的《新闻与观点》文章中，穆勒指出，巴黎的结果"证实电子没有亚结构，是真正的基本粒子"。