미세 구조 상수

미세 구조 상수(微細構造常數, 영어: fine structure constant, 기호 α) 또는 조머펠트 미세 구조 상수(Sommerfeld -)는 전자기력의 세기를 나타내는 물리상수다. 원자물리학과 입자물리학에서 자주 나타난다. 1916년 아르놀트 조머펠트가 발견하였다. 원래 조머펠트가 원자 방출 스펙트럼의 미세 구조를 연구할 때 발견하였으므로 이런 이름이 붙었다.

미세 구조 상수 α
종류:	물리 상수
값:	7.297 352 5698 × 10-3
오차:	±0.000 000 0024 × 10-3
출처:	CODATA 2010

미세 구조 상수의 역수 α−1
종류:	물리 상수
값:	137.035 999 074
오차:	±0.000 000 044
출처:	CODATA 2010

양자장론

파인먼 도형의 예 (전자와 양전자의 쌍소멸로 인한 중간자 생성)
대칭
시공간	병진 대칭 · 로런츠 군 · 푸앵카레 군 · 등각 대칭
이산 대칭	전하 켤레 대칭 (C) · 반전성 (P) · 시간 역전 대칭 (T)
기타	게이지 이론 · 초대칭
대칭 깨짐	자발 대칭 깨짐 · 골드스톤 보손 · 힉스 메커니즘 · 변칙
도구
기본 개념	전파 인자 · 윅 정리 (표준 순서) · LSZ 축약 공식 · 상관 함수
양자화	정준 양자화 · 경로 적분
산란 이론	산란 행렬 · 만델스탐 변수
섭동 이론	파인만 도형 · 질량껍질 · 가상 입자
조절과 재규격화	파울리-빌라르 조절 · 차원 조절 · 최소뺄셈방식 · 재규격화군 · 유효 이론 (유효 작용)
게이지 이론	공변미분 · 파데예프-포포프 유령 · BRST 대칭 · 워드-다카하시 항등식
이론
장난감 모형	사승 상호작용 · 콜먼-와인버그 모형 · 시그마 모형 · 베스-추미노 모형
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학자
초기 학자	위그너 · 마요라나 · 바일
전자기력	디랙 · 슈윙거 · 도모나가 · 파인먼 · 다이슨
강한 상호작용	유카와 · 겔만 · 그로스 · 폴리처 · 윌첵
약한 상호작용	양전닝 · 리정다오 · 난부 · 글래쇼 · 살람 · 와인버그 · 고바야시 · 마스카와 · 힉스 · 앙글레르
재규격화	펠트만 · 엇호프트 · 윌슨

2020년 4월에, 130억 광년 떨어진 곳에서 미세구조상수가 다른 곳이 관측되었다는 논문이 발표되었다. 이는 전자기법칙이 전 우주에서 같지는 않을 수 있다는 점을 시사한다.

정의

미세 구조 상수 $\alpha$는 국제단위계에서는 다음과 같이 정의한다.

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

여기서 $e$는 기본 전하, $\pi$는 원주율, $\hbar =h/{2\pi }$는 디랙 상수, $c$는 빛의 속도, $\epsilon _{0}$은 진공의 유전율이다. 이 값은 두 전자가 $\hbar /m_{e}c$(전자의 컴프턴 파장)의 거리를 두고 떨어져 있을 때, 그 전기적 위치 에너지와 전자의 정지 에너지 $m_{e}c^{2}$의 비로 해석할 수 있다.

유도

CGS 단위계에서는 $4\pi \epsilon _{0}$ 인자가 전하량에 포함되므로 식이 다음과 같이 바뀐다.

$\alpha ={\frac {e^{2}}{\hbar c}}$

$\alpha$는 차원이 없는 상수이기 때문에, 그 값은 단위계에 상관없이 같다. 여기에 들어가는 기본 상수값을 대입해보면

$\alpha$ =0.007 292 31

$1/\alpha$ = 137.131

이 나온다. 이 값은 실제 측정값과는 차이가 있다. 여기에 양자 전기역학에서 예견하는 전자들의 상호작용을 통한 보정을 고려할 수 있다. 이는 전자의 자기 모멘트와 미세 구조 상수와의 관계를 통해 구해진 것으로, 다음과 같다.

$\alpha$ =0.007 297 352 5698(24)

$1/\alpha$ = 137.035 999 074(44)

외부 링크

• (영어) CODATA 미세 구조 상수 권장값
• (영어) Eric Weisstein's World of Physics — Fine Structure Constant