Метиловый спирт помог подтвердить постоянство массы протона

Галактика PKS 1830–211 в радиодиапазоне, форма обусловлена эффектом гравитационного линзирования
изображение: ATNF

Группа ученых из Германии, Нидерландов и Швеции проверила, не менялась ли масса протона на протяжении последних семи с половиной миллиардов лет. Вывод подтверждает теоретические предсказания: масса частицы не менялась. Подробности со ссылкой на статью исследователей в журнале Physical Review Letters приводит Physics.

Исследование было основано на наблюдении за спектром метанола в галактике, которая находится между Землей и квазаром PKS1830-211. Излучение квазара проходит через облака газа и частично поглощается: что позволяет ученым определить химический состав газа. Высокоточные измерения частоты, на которой происходит поглощение, вдобавок дает возможность сравнить спектр метанола из далекой галактики с метанолом в земной лаборатории. Теоретически эти спектры, если учесть красное смещение, должны быть одинаковы — но лишь при условии, что отношение массы протона к массе электрона за прошедшие несколько миллиардов лет не изменилось.

Если соотношение масс протона и электрона меняется со временем, то будут меняться и спектры молекул. А это, как пишут ученые, привело бы к разнице в спектрах метанола на Земле и в других галактиках. Используя несколько разных радиотелескопов, астрофизики провели ряд наблюдений за активной галактикой PKS 1830-211. Свет от нее идет до Земли около 7,5 миллиардов лет.

Ни один из трех радиотелескопов не смог выявить сдвига ни в одной из 11 спектральных линий метанола, которые наблюдали астрофизики. Если соотношение масс частиц и менялось, то вклад этого изменения потерялся на фоне погрешностей измерения. С учетом имеющихся данных ученые говорят, что на протяжении более половины срока жизни Вселенной протон не менял свою массу (в массах электрона) более чем на одну десятимиллионную современного значения. Теории, которые предполагают непостоянство указанного соотношения, теперь еще больше ограничены экспериментальными данными.

Метанол является простейшим спиртом, который известен в основном своей высокой токсичностью. Его молекула примечательна тем, что способна совершать вращательные колебания. Энергия этих колебаний, как и энергия других молекулярных процессов, отдается и поглощается отдельными квантами излучения, причем такое излучение имеет известную частоту в радиодиапазоне. Развитие квантовой механики позволило ученым предсказать то, какие радиоволны будут излучать и поглощать разные вещества, а появление чувствительной техники в середине XX века дало возможность найти органические вещества в облаках межзвездного газа.