Grandeurs physiques universelles, comme la constante de structure fine, qui peuvent varier avec la densité de matière noire.Les constantes fondamentales sont des valeurs numériques fixes qui définissent les lois de la physique, telles que la vitesse de la lumière, la constante de Planck et la constante de structure fine (α ≈ 1/137). On suppose qu'elles sont immuables dans l'espace et le temps, formant le socle de nos théories physiques. Cependant, certaines théories au-delà du modèle standard suggèrent que ces constantes pourraient varier légèrement, par exemple dans des régions à haute densité de matière noire ou au cours de l'évolution cosmique. La constante de structure fine, qui fixe l'intensité des interactions électromagnétiques, est un candidat de choix pour une telle variation. Si elle changeait, les spectres atomiques, les vitesses de réaction chimique et même la stabilité de la matière pourraient se modifier subtilement.
Le concept de constantes universelles a émergé au XIXe siècle avec les travaux de Maxwell et de Planck. La constante de structure fine a été introduite par Arnold Sommerfeld en 1916. L'idée que les constantes puissent varier a été proposée par Dirac en 1937 avec son hypothèse des grands nombres, bien que les tests modernes aient imposé des limites strictes à une telle variation.
Les constantes fondamentales ne sont pas dérivées de principes plus profonds ; elles sont mesurées expérimentalement et insérées dans les équations. Par exemple, la constante de structure fine combine la charge de l'électron, la vitesse de la lumière et la constante de Planck. Une variation de α modifierait les niveaux d'énergie des atomes, ce qui peut être sondé en comparant des horloges atomiques au fil du temps ou en observant la lumière de quasars lointains. La matière noire pourrait interagir avec la matière ordinaire d'une manière qui change les valeurs effectives de ces constantes, par exemple via un champ scalaire couplé aux champs électromagnétiques.
Les mesures de précision des constantes fondamentales sous-tendent la métrologie, y compris la définition de la seconde et du mètre. La recherche de leur variation est un test clé de la théorie des cordes et d'autres théories unifiées, et pourrait révéler une nouvelle physique au-delà du modèle standard.
La constante de structure fine est souvent appelée « constante de couplage de l'électromagnétisme » et sa valeur est si précisément connue qu'elle sert à définir le kilogramme dans le nouveau système SI.
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