¿Por qué la constante de estructura fina ααα tiene el valor que tiene?

Nadie lo sabe y, por el momento, no hay una perspectiva realista de calcular la constante de estructura fina a partir de los primeros principios en el corto plazo.

¡Sin embargo, sabemos que la constante de estructura fina no es una constante! De hecho, depende de la energía de la interacción que estamos viendo. Este comportamiento se conoce como 'ejecutar'. La conocida$\alpha \simeq 1/137$es el límite de baja energía del acoplamiento. Por ejemplo, en una energía de la masa Z, encontramos$\alpha(Q=M_Z)\simeq 1/128$. Esto sugiere que no hay nada fundamental en el valor de baja energía, ya que se puede calcular a partir de un valor de alta energía.

De hecho, sabemos más aún. La constante de estructura fina es la intensidad de la fuerza electromagnética, que está mediada por fotones sin masa. Hay otra fuerza, la fuerza débil, mediada por partículas masivas. Sabemos que a altas energías, estas dos fuerzas se convierten en una sola fuerza unificada. Así, una vez más, sabemos que la constante de estructura fina no es fundamental ya que resulta de la ruptura de una fuerza unificada.

Entonces, podemos calcular la constante de estructura fina a partir de una teoría de alta energía en la que el electromagnetismo y la fuerza débil se unifican a alta energía (y quizás se unifican con otras fuerzas en la escala de gran unificación).

Esto no significa, sin embargo, que sepamos por qué tiene el valor$1/137$a bajas energías. En la práctica,$\alpha \simeq 1/137$es una condición límite de baja escala en teorías en las que las fuerzas se unifican a alta energía. No conocemos una forma basada en principios de establecer los valores de alta energía de los parámetros libres de nuestros modelos, por lo que simplemente los ajustamos hasta que concuerden lo suficiente con nuestras medidas. En principio, es posible que la condición límite a gran escala pueda ser proporcionada por una nueva teoría, tal vez una teoría de cuerdas.

Una teoría es que vivimos en un multiverso donde las constantes físicas como$\alpha$son diferentes en diferentes universos. Esta teoría es especulativa pero se basa en física plausible como la inflación cósmica y la gran cantidad de diferentes estados de vacío que se cree que existen en la teoría de cuerdas.

Vivimos en un universo infantil con un valor pequeño pero no demasiado pequeño de la constante de estructura fina, porque tal valor es compatible con la existencia de la tabla periódica, la química orgánica y la vida, mientras que valores significativamente diferentes no son.

Sé con certeza por qué se trata de 1/137. Porque nunca viene solo, sino con algunas otras combinaciones adimensionales de los parámetros de un problema, por lo que su valor es solo una parte de una expresión completa.

Algunos dicen que determina la fuerza de la interacción EM. Dejanos ver. Procederemos de QED, que es QM de Electrodinámica. Y QM, te guste o no, se trata primero de probabilidades y solo después de energías. ¿Cuál es la probabilidad de irradiar un fotón suave mientras se dispersa la carga? Es la unidad (p=1). Permítanme citar el libro de texto QED de Akhiezer-Berestetski:

Verá, el alfa en sí mismo nunca viene solo, excepto por el problema del espectro de hidrógeno considerado primero por Sommerfeld y luego por Dirac. Alpha en sí es pequeño ya que los electrones de hidrógeno tienen una velocidad mucho menor que$c$($\alpha=v_0/c$). En iones de hidrógeno más pesados ​​($Z>1$) la velocidad del electrón en el estado fundamental es mayor que$v_0=e^2/\hbar$, por lo que alfa no está "solo" y la respuesta depende del contexto.