L'électron dans une molécule pesé au dixième chiffre significatif
Un électron dans une molécule se comporte comme un minuscule aimant, et sa « force » peut être mesurée avec une précision énorme.
Constante de structure fine, environ 1/137 — la force de l'interaction électromagnétique, un nombre pur.La constante de structure fine, notée α, est une constante fondamentale sans dimension qui caractérise la force de l'interaction électromagnétique entre particules chargées. Sa valeur est d'environ 1/137,036, et elle apparaît dans toute l'électrodynamique quantique (QED), la théorie quantique de la lumière et de la matière. Comme c'est un nombre pur, elle est indépendante de tout système d'unités, ce qui en fait une candidate pour être une constante véritablement fondamentale de la nature.
La constante de structure fine a été introduite par Arnold Sommerfeld en 1916 pour expliquer la décomposition fine des raies spectrales de l'hydrogène. Sa valeur mystérieuse, proche de 1/137, intrigue les physiciens depuis lors, y compris Paul Dirac et Richard Feynman, qui l'a appelée « l'un des plus grands mystères de la physique ».
En QED, α fixe l'amplitude de probabilité pour qu'une particule chargée émette ou absorbe un photon. Elle détermine la décomposition fine des niveaux d'énergie atomiques (d'où le nom de « structure fine »), la force de l'interaction coulombienne et le taux de nombreux processus électromagnétiques. La constante n'est pas vraiment constante : elle « varie » avec l'échelle d'énergie en raison de la polarisation du vide quantique, augmentant légèrement à des énergies plus élevées, bien qu'aux énergies du quotidien elle soit effectivement fixée à 1/137.
Elle est essentielle pour les calculs de précision en physique atomique, en chimie quantique et pour la conception d'instruments de haute précision comme les horloges atomiques et les capteurs quantiques.
La constante de structure fine est si précisément mesurée qu'elle est connue à environ dix chiffres significatifs, mais sa valeur ne peut être prédite par aucune théorie connue — elle doit être mesurée expérimentalement.