Prije par mjeseci imali smo prilike vidjeti da iznos Hubblove konstante, koja je povezana s brzinom širenja svemira, ima dvije različite vrijednosti. Vrijednost dobivena iz analize pozadinskog mikrovalnog zračenja manja je od vrijednosti dobivene iz mjerenja brzine gibanja galaksija i odmah su krenula nagađanja o novoj fizici i mogućoj nadogradnji kozmološkog modela. Sličan scenarij ponovio se i kod određivanja konstante fine strukture. Konstanta fine strukture je temeljna fizikalna konstanta povezana s jačinom elektromagnetskog međudjelovanja te ima isti iznos u svim sustavima mjernih jedinica i iznosi približno 1/137.

Zadnji izmjereni iznos recipročne vrijednosti te konstante je 137.035999046 i dovoljno je blizu cijelom broju da zagolica maštu fizičara, a ne treba ni spominjati što se onda tek događa u glavama pseudoznanstvenika. Dodajte na tu hrpu još par nepovezanih i slučajnih stvari, poput toga da je 137 primarni broj, da je Wolfgang Pauli (jedan od pionira kvante mehanike) umro u bolničkoj sobi 137, da ZET linja 106 koja u Zagrebu vozi od Kaptola do stanice Fizičkog odsjeka PMF-a ima internu oznaku autobusa 137, te da je 137 numerička vrijednost hebrejske riječi Kabbalah u kabali i eto veselja.

No, šalu na stranu, konstanta fine strukture temeljni je dio teorije koju zovemo kvantna elektrodinamika. Kvantna elektrodinamika toliko je izučavana i potvrđivana eksperimentalnim rezultatima da ju je Richard Feynman zvao draguljem fizike. Danas znamo da je to samo tzv. efektivna teorija polja koja ne zadovoljava dovoljno jake uvjete da ju zovemo pravom teorijom polja zbog matematičkih problema na koje nailazimo na visokim energijama. No to ne možemo zvati problemima jer foton, nosilac elektromagnetske sile, i električni naboj kao takav na energiji iznad 246 GeV ionako više nemaju smisla sami za sebe. Iznad te energije elektromagnetsko međudjelovanje ujedinjuje se sa slabim u novu teoriju koju zovemo elektroslabo međudjelovanje. Punu teoriju koja opisuje elektromagnetsko, slabo i jako međudjelovanje zovemo Standardni model fizike čestica. Standardni model nije konačna teorija, teorijskih modela koji ga nadograđuju imamo na bacanje. Problem je u tome da nemamo dovoljno povratnih informacija iz eksperimenata koja nadogradnja opisuje ovaj svemir. Bilo koji novi opaženi podatak koji nas gura bar malo dalje je dragocjen.

Elektromagnetsko međudjelovanje manifestira se u svemu oko nas. Temelj je kompletne kemije i biologije te je glavna temeljna sila koja određuje naše funkcije (jasno, gravitacija nas drži na površini planeta, slaba sila preko nuklearnih raspada imala je veze s kiralnosti DNK molekula u našim stanicama, ali glavnu riječ vodi elektromagnetska sila). Temelj je i distribucije energije naše civilizacije. Pored toga dugodosežnost sile  i velik raspon eksperimenata koje možemo smisliti otvaraju velik broj opcija kako mjeriti iznos te konstante. Sve opcije padaju u dvije grupe: jedna koja mjeri magnetska svojstva elementarnih čestica i druga koja mjeri kako nabijene čestice međudjeluju s fotonima (eng. foton recoil). Naravno da bismo sad mogli cjepidlačiti i govoriti o tome da je foton nosilac elektromagnetske sile te da nema nikakvih mjerenja gdje foton nije uključen u priču, no moramo zadržati fokus na tome da se podjela odnosi na primarni dizajn eksperimenta i fizikalne veličine koju mjerimo.

Iznos konstante fine strukture koji je gore naveden dolazi iz eksperimenta povezanih s međudjelovanjem fotona i nabijenih atoma. Detalji su objavljeni časopisu Science prije desetak dana i oni predstavljaju do sada najtočnije mjerenje te konstante. Kako je spomenuto, kao i u slučaju Hubblove konstante, mjerenje se ne poklapa s prijašnjim mjerenjima dobivenim drugim setom metoda (mjerenjem magnetskih svojstava) te postoji velika vjerojatnost da je tomu razlog fizika koja nije opisana Standardnim modelom. Poput aLIGO eksperimenta, koji detektira gravitacijske valove koristeći lasersku interferometriju, znanstvenici koriste tu izuzetno osjetljivu i preciznu metodu tako da laserima upravljaju putanjama atoma te pomoću interferencije detektiraju međudjelovanje lasera i atoma. Svako fizikalno mjerenje ima pogrešku u sebi, kao i bilo koje drugo mjerenje, jer su sva ograničena preciznošću mjernog uređaja. Razlika između najpreciznije vrijednosti dobivene mjerenjem magnetskih svojstava elementarnih čestica i navedenog eksperimenta iznosi 2.5 sigma. Ta razlika nije na nivou koji bi zadovoljno rigorozne kriterije koje stavljamo na iznos dozvoljene pogreške od 5 sigma, no mjerenje je dovoljno precizno da ozbiljno ugrozi postojanje dijela čestica koje predviđaju neke nadogradnje Standardnog modela.

Jedna takva nadogradnja pokušava opisati elektromagnetsko međudjelovanje tamne materije pomoću tamnih fotona. Tamni foton je čestica iz tzv. skrivenog sektora. Skriveni sektor je termin koji se koristi za hipotetske čestice koje ne međudjeluju direktno pomoću nosioca sila u Standardnom modelu i modeli bazirani na teoriji struna obično predviđaju postojanje tog sektora. U opisanom eksperimentu, razlika koju opažamo u vrijednosti konstante fine strukture ne ide u korist tamnim fotonima. Kada bi tamni fotoni postojali pomak bi bio u smjeru koji se suprotan od opaženog. Možda ne zvuči revolucionarno, ali u situaciji kada ne znamo kamo dalje nije loše eliminirati neke puteve i nastaviti skupljati takva odstupanja dalje. Dovoljno se sjetiti fizike od prije stotinjak godina i izjava tadašnjih fizičara kako smo riješili skoro sve te na čisto nebu imamo dva mala oblačka na horizontu. Dva mala oblačka pretvorila su se u oluju zvanu kvantna fizika i opća relativnost. Nebo je ponovo čisto i svi gledamo prema horizontu da se pojavi novi oblak.

Doc.dr.sc. Davor Horvatić je docent na Fizičkom odsjeku Prirodoslovno-matematičkog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu. Istraživanje obavlja u području fizike elementarnih čestica gdje se bavi hadronima te u području kompleksnih sistema i mreža, s naglaskom na stohastičke procese i analizu vremenskih serija s primjenom u ekonomiji, sociologiji i medicini. Objavio je 38 znanstvenih radova  koji su citirani više od tisuću puta. Aktivno se bavi popularizacijom znanosti. Održao je više od dvije stotine popularnih predavanja te snimio desetak radijskih i televizijskih emisija. Suautor je osnovnoškolskih udžbenika fizike za sedmi i osmi razred.