Die Feinstrukturkonstante in der modernen Physik
Für jede Wechselwirkung gibt es eine Konstante, die ihre Stärke angibt. Da diese Kopplungskonstanten für das Verständnis der Natur von großer Bedeutung sind, möchte man sie möglichst genau kennen. Eine von ihnen ist die Feinstrukturkonstante α; sie bestimmt die Stärke der elektromagnetischen Wechselwirkung. Dass ihr Name nicht zu dieser Funktion passt, hat historische Gründe. Sie wurde im Jahr 1916 von Sommerfeld eingeführt, um feine Strukturen zu beschreiben, die man im Spektrum des von Wasserstoffatomen ausgesandten Lichtes gefunden hatte. Ihre fundamentale Bedeutung als Kopplungskonstante der elektromagnetischen Wechselwirkung hat man erst später erkannt. Trotz der neuen Interpretation hat man den Namen beibehalten. Die ersten Werte für α folgten aus dem optischen Spektrum des Wasserstoffatoms. Heute liefern andere Methoden wesentlich genauere Werte. Dabei werden sehr verschiedene physikalische Effekte benutzt. Wir haben eine neue Methode entwickelt: die Messung von α mit Neutronen. Dieses Experiment haben wir am Reaktor der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig begonnen und am Hochflussreaktor des Instituts Laue-Langevin in Grenoble fortgesetzt (Abbildung 1). Dabei haben wir eine relative Messunsicherheit von 3,7 • 10 -8 erreicht (Standardunsicherheit).
War es sinnvoll, α nach einer weiteren Methode zu messen? Um diese Frage zu beantworten, erinnern wir daran, dass bei jeder Messung unerkannte Fehler auftreten können. Um diese zu finden, bestimmt man wichtige Konstanten nach mehreren Methoden. Erst wenn alle Messungen innerhalb der bekannten Messunsicherheiten zum selben Ergebnis führen, kann man dieses als gesichert ansehen. Un-
Bestimmung von Naturkonstanten