Lihat sumber Konstanta struktur halus

{{Teori medan kuantum}}
Dalam [[fisika]], '''konstanta struktur halus''', biasanya dilambangkan dengan {{math|''α''}} ([[Alpha|huruf Yunani ''alpha'']]), adalah sebuah [[konstanta fisika]] yang mencirikan kekuatan [[interaksi elektromagnetik]] antara partikel-partikel dasar bermuatan. Konstanta ini merupakan [[satuan nirdimensi]] yang terkait dengan [[muatan elementer]] {{math|''e''}}, yang mencirikan kekuatan sambatan antara sebuah partikel dasar bermuatan dengan [[medan elektromagnetik]], dengan rumus {{math|1=4π''ε''<sub>0</sub>''ħcα'' = ''e''<sup>2</sup>}}. Sebagai sebuah [[satuan nirdimensi]], nilai numeriknya, kira-kira {{sfrac|137}}, tidak bergantung pada [[sistem satuan]] yang digunakan.<ref name="CODATA 2018 inverse">
{{cite web
|last1=Mohr |first1=P. J.
|last2=Taylor |first2=B. N.
|last3=Newell |first3=D. B.
|year=2019
|title=Inverse fine structure constant
|work=CODATA Internationally recommended 2018 values of the fundamental physical constants
|url=https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?alphinv
|publisher=[[National Institute of Standards and Technology]]
|access-date=2019-05-20
}}</ref>

Terdapat beberapa [[Konstanta struktur halus#Interpretasi fisika|interpretasi fisika]] atas {{math|''α''}}. Namanya diperoleh dari [[Arnold Sommerfeld]], yang memperkenalkannya pada tahun 1916, ketika memperluas [[model atom Bohr]]. {{math|''α''}} menentukan besar celah dalam [[struktur halus]] [[garis spektrum]] [[atom hidrogen]], yang telah diukur secara tepat oleh [[Albert A. Michelson|Michelson]] dan [[Edward W. Morley|Morley]] pada tahun 1887.<ref>{{math|''α''}} sebanding dengan kuadrat [[konstanta sambatan]] bagi sebuah partikel bermuatan ke medan elektromagnetik. Terdapat konstanta serupa yang menjadi parameter bagi kekuatan interaksi [[gaya nuklir kuat]], yang dikenal sebagai {{math|''α''}}<sub>s</sub> (≈1), dan [[gaya nuklir lemah]], yang dikenal sebagai {{math|''α''}}<sub>w</sub> (≈{{val||e=-6}} hingga {{val||e=-7}}). {{cite web|title=Coupling Constants for the Fundamental Forces|url=http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/forces/couple.html|work=HyperPhysics|publisher=Georgia State University|accessdate=12 May 2020}}</ref>

==Definisi==
Beberapa definisi {{math|''α''}} dalam bentuk [[konstanta fisika|konstanta-konstanta fisika]] lainnya adalah sebagai berikut:
:<math>\alpha = \frac{1}{4 \pi \varepsilon_0} \frac{e^2}{\hbar c} = \frac{\mu_0}{4 \pi} \frac{e^2 c}{\hbar} = \frac{k_\text{e} e^2}{\hbar c} = \frac{e^2}{2\varepsilon_0 c h} = \frac{c \mu_0}{2 R_\text{K}} = \frac{e^2 Z_0}{2h} = \frac{e^2 Z_0}{4\pi \hbar}</math>

di mana:
*{{math|''e''}} adalah [[muatan elementer]] (:= {{val|1.602176634|e=-19|u=C}});
*{{math|π}} adalah konstanta matematika [[pi]];
*{{math|''h''}} adalah [[konstanta Planck]] (:= {{val|6.62607015|e=-34|u=J.s}});
*{{math|''ħ'' {{=}} {{sfrac|''h''|2π}}}} adalah [[konstanta Planck tereduksi]] (:= {{val|6.62607015|e=-34|u=J.s}}/2π);
*{{math|''c''}} adalah [[laju cahaya]] dalam vakum (= {{val|299792458|u=m/s}});
*{{math|''ε''<sub>0</sub>}} adalah [[konstanta listrik]] atau permitivitas dalam vakum (atau ruang bebas);
*{{math|''µ''<sub>0</sub>}} adalah [[konstanta magnetik]] atau permeabilitas dalam vakum (atau ruang bebas);
*{{math|''k''<sub>e</sub>}} adalah [[konstanta Coulomb]];
*{{math|''R''<sub>K</sub>}} adalah [[konstanta von Klitzing]];
*{{math|''Z''<sub>0</sub>}} adalah [[impedansi vakum]] atau impedansi dalam ruang hampa.

Ketika konstanta lainnya ({{math|''c''}}, {{math|''h''}} and {{math|''e''}}) memiliki nilai yang terdefinisi, definisi di atas mencerminkan hubungan antara {{math|''α''}} dengan permeabilitas ruang bebas {{math|''µ''<sub>0</sub>}}, yang sama dengan {{math|1=''µ''<sub>0</sub> = {{sfrac|2''h&alpha;''|''ce''<sup>2</sup>}}}}.
Dalam [[Redefinisi satuan pokok SI 2019]], 4{{pi}}&nbsp;×&nbsp;{{val|1.00000000082|(20)|e=-7|u=H.m-1}} adalah nilai untuk {{math|''µ''<sub>0</sub>}} berdasarkan pengukuran konstanta struktur halus yang lebih akurat.<ref>{{Cite web|url=https://www.bipm.org/utils/en/pdf/CGPM/Convocation-2018.pdf#page=30|title=Convocationde la Conférence générale des poids et mesures (26e réunion)|access-date=2020-09-10|archive-date=2019-09-19|archive-url=https://web.archive.org/web/20190919050548/https://www.bipm.org/utils/en/pdf/CGPM/Convocation-2018.pdf#page=30|dead-url=yes}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Parker|first=Richard H.|last2=Yu|first2=Chenghui|last3=Zhong|first3=Weicheng|last4=Estey|first4=Brian|last5=Müller|first5=Holger|date=2018-04-13|title=Measurement of the fine-structure constant as a test of the Standard Model|journal=Science|language=en|volume=360|issue=6385|pages=191–195|doi=10.1126/science.aap7706|issn=0036-8075|pmid=29650669|bibcode=2018Sci...360..191P|arxiv=1812.04130}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Davis|first=Richard S.|date=2017|title=Determining the value of the fine-structure constant from a current balance: Getting acquainted with some upcoming changes to the SI|journal=American Journal of Physics|language=en|volume=85|issue=5|pages=364–368|doi=10.1119/1.4976701|issn=0002-9505|bibcode=2017AmJPh..85..364D|arxiv=1610.02910}}</ref>

===Dalam satuan non-SI===
Dalam satuan [[cgs]] elektrostatik, satuan [[muatan listrik]], [[statcoulomb]], didefinisikan agar [[hukum Coulomb|konstanta Coulomb]], {{math|''k''<sub>e</sub>}}, atau [[konstanta listrik|faktor permitivitas]], {{math|4π''ε''<sub>0</sub>}}, sama dengan 1 dan [[nirdimensi]]. Akibatnya ekspresi untuk konstanta struktur halus, sebagaimana yang ditemukan dalam pustaka fisika yang lebih tua, menjadi
:<math>\alpha = \frac{e^2}{\hbar c}. </math>

Dalam [[satuan natural]], biasanya digunakan dalam fisika berenergi tinggi, di mana {{math|1=''ε''<sub>0</sub> = ''c'' = ''ħ'' = 1}}, nilai konstanta struktur halus adalah<ref>
{{cite book
|last=Peskin
|first=M.
|last2=Schroeder
|first2=D.
|year=1995
|title=An Introduction to Quantum Field Theory
|page=[https://archive.org/details/introductiontoqu0000pesk/page/125 125]
|publisher=[[Westview Press]]
|isbn=978-0-201-50397-5
|url=https://archive.org/details/introductiontoqu0000pesk/page/125
}}</ref>
:<math> \alpha = \frac{e^2}{4 \pi}. </math>
Jadi, konstanta struktur halus merupakan besaran nirdimensi yang menentukan (atau ditentukan oleh) [[muatan elementer]]: {{math|1=''e'' = {{radic|4π''α''}} ≈ {{val|0.30282212}}}} dalam satuan muatan natural.

Dalam [[satuan atom Hartree]] ({{math|1=''e'' = ''m''<sub>e</sub> = ''ħ'' = 1}} dan {{math|''ε''<sub>0</sub> {{=}} {{sfrac|1|4π}}}}), konstanta struktur halus:<math>\alpha = \frac{1}{c}. </math>

==Pengukuran==
Nilai yang disarankan [[CODATA]] 2018 utuk {{math|''α''}} adalah<ref name="CODATA 2018">
{{cite web
|last1=Mohr |first1=P. J.
|last2=Taylor |first2=B. N.
|last3=Newell |first3=D. B.
|year=2019
|title=Fine structure constant
|work=CODATA Internationally recommended 2018 values of the fundamental physical constants
|url=https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?alph
|publisher=[[National Institute of Standards and Technology]]
}}</ref>
:{{math|''α'' {{=}} {{sfrac|''e''<sup>2</sup>|4π''ε''<sub>0</sub>''ħc''}} {{=}} {{val|0.0072973525693|(11)}}.}}
Nilai ini memiliki ketidakpastian baku relatif 0,15&nbsp;[[bagian per miliar]].<ref name="CODATA 2018"/>

Nilai {{math|''α''}} yang ini menghasilkan {{math|''µ''<sub>0</sub> {{=}} 4{{pi}}&nbsp;×&nbsp;{{val|1.00000000054|(15)|e=-7|u=H.m-1}}}}, 3,6 kali [[simpangan baku]] dari nilai definisi lamanya, tetapi dengan rata-ratanya hanya berbeda 0,54&nbsp;[[bagian per miliar]] dari nilai lamanya.

Untuk mempermudah, nilai [[invers perkalian]] dari konstanta struktur halus terkadang ditetapkan juga. Nilai yang disarankan CODATA 2018 adalah<ref name="CODATA 2018 inverse"/>
:{{math|''α''<sup>−1</sup> {{=}} {{val|137.035999084|(21)}}.}}

Selain bisa ''diperkirakan'' nilai {{math|''α''}} dari nilai konstanta-konstanta yang ada dalam definisinya, teori [[elektrodinamika kuantum]] (QED) memberikan cara mengukur {{math|''α''}} secara langsung dengan menggunakan [[efek Hall kuantum]] atau [[momen magnetik anomal]] dari [[elektron]]. Metode lainnya diantaranya adalah efek AC Josephson dan pentalan foton dalam interferometri atom.<ref name="Yu2019">{{cite journal |last1=Yu |first1=C. |last2=Zhong |first2=W. |last3=Estey |first3=B. |last4=Kwan |first4=J. |last5=Parker |first5=R. H. |last6=Müller |first6=H. |title=Atom‐Interferometry Measurement of the Fine Structure Constant |journal=Annalen der Physik |date=2019 |volume=531 |page=1800346 |doi=10.1002/andp.201800346|doi-access=free }}</ref> Terdapat nilai yang disetujui untuk {{math|''α''}}, sebagaimana diukur oleh metode-metode tersebut. Metode yang disarankan pada 2019 adalah pengukuran [[momen magnetik]] anomal elektron dan pentalan foton dalam interferometri atom.<ref name="Yu2019" /> Teori QED memprediksi hubungan antara [[faktor g (fisika)|momen magnetik nirdimensi]] dari [[elektron]] dengan konstanta struktur halus {{math|''α''}} (momen magnetik elektron juga disebut "[[faktor g Landé|faktor {{math|''g''}} Landé]]" dan disimbolkan sebagai {{math|''g''}}). Nilai paling presisi dari {{math|''α''}} yang didapatkan melalui eksperimen adalah berdasarkan pengukuran {{math|''g''}} dengan menggunakan sebuah radas "siklotron kuantum" satu elektron, beserta perhitungan melalui teori QED yang melibatkan [[diagram Feynman]] orde kesepuluh {{val|12672}}:<ref>
{{cite journal
|last1=Aoyama |first1=T.
|last2=Hayakawa |first2=M.
|last3=Kinoshita |first3=T.
|last4=Nio |first4=M.
|year=2012
|title=Tenth-order QED contribution to the electron {{math|''g''&minus;2}} and an improved value of the fine structure constant
|journal=[[Physical Review Letters]]
|volume=109 |issue=11 |page=111807
|arxiv=1205.5368
|bibcode=2012PhRvL.109k1807A
|doi=10.1103/PhysRevLett.109.111807 |pmid=23005618
}}</ref>
:{{math|''α''<sup>−1</sup> {{=}} {{val|137.035999174|(35)}}.}}

Pengukuran {{math|''α''}} ini memiliki ketidakpastian baku relatif {{val|2.5|e=-10}}. Nilai dan ketidakpastian ini kurang lebih sama dengan hasil eksperimen terbaru.<ref>
{{cite journal
|last1=Bouchendira |first1=Rym
|last2=Cladé |first2=Pierre
|last3=Guellati-Khélifa |first3=Saïda
|last4=Nez |first4=François
|last5=Biraben|first5=François
|year=2011
|title=New determination of the fine-structure constant and test of the quantum electrodynamics
|journal=[[Physical Review Letters]]
|volume=106 |issue=8 |pages=080801
|arxiv=1012.3627
|bibcode=2011PhRvL.106h0801B
|doi=10.1103/PhysRevLett.106.080801
|pmid=21405559
|url=https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00547525/file/MesureAlpha2010.pdf
|type=Submitted manuscript
}}</ref>

==Sejarah==
[[Berkas:Sommerfeld-Muenchen.jpg|thumb|right|upright|Memorial [[Arnold Sommerfeld|Sommerfeld]] di [[Universitas Ludwig Maximilian München|Universitas München]] ]]
Berdasarkan pengukuran presisi dari spektrun atom hidrogen oleh [[Albert A. Michelson|Michelson]] dan [[Edward W. Morley|Morley]] pada tahun 1887,<ref>{{cite journal |last1=Michelson |first1=Albert A. |last2=Morley |first2=Edward W. |title=Method of making the wave-length of sodium light the actual and practical standard of length |journal=The American Journal of Science |date=1887 |volume=34 |issue=204 |pages=427-430 |url=https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=coo.31924084352636&view=1up&seq=461 |series=3rd series}}
* Reprinted in:  {{cite journal |last1=Michelson |first1=Albert A. |last2=Morley |first2=Edward W. |title=Method of making the wave-length of sodium light the actual and practical standard of length |journal=The Philosophical Magazine |date=1887 |volume=24 |issue=151 |pages=463-466 |url=https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=mdp.39015024088174&view=1up&seq=493 |series=5th series}}</ref> [[Arnold Sommerfeld]] memperluas [[model Bohr]] untuk memasukkan orbit eliptis dan kebergantuan relativistik massa pada kecepatan. Dia memperkenalkan sebuah suku untuk konstanta struktur halus pada tahun 1916.<ref>{{cite journal |last1=Sommerfeld |first1=A. |title=Zur Quantentheorie der Spektrallinien |journal=Annalen der Physik |date=1916 |volume=51 |issue=17 |pages=1-94 |url=https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=nyp.33433090771183&view=1up&seq=13 |series=4th series |trans-title=On the quantum theory of spectral lines |language=German}}  [https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=nyp.33433090771183&view=1up&seq=103 From p.91:]  ''"Wir fügen den Bohrschen Gleichungen (46) und (47) die charakteristische Konstante unserer Feinstrukturen (49) α = 2πe<sup>2</sup>/ch hinzu, die zugleich mit der Kenntnis des Wasserstoffdubletts oder des Heliumtripletts in §10 oder irgend einer analogen Struktur bekannt ist."'' (We add the characteristic constant of our fine structures (49) α = 2πe<sup>2</sup>/ch to Bohr's equations (46) and (47), which is recognized at the same time from knowledge of the hydrogen doublet or the helium triplet in §10 or any analogous structure.)</ref> Interpretasi fisika pertama dari konstanta struktur halus {{math|''α''}} adalah sebagai perbandingan antara kecepatan elektron dalam orbit melingkar pertama dari [[atom Bohr]] relativistik dengan [[laju cahaya]] dalam vakum.<ref>{{cite web
|title=Introduction to the Constants for Nonexperts – Current Advances: The Fine-Structure Constant and Quantum Hall Effect
|url=http://physics.nist.gov/cuu/Constants/alpha.html
|work=The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty
|publisher=[[NIST]]
|accessdate=11 April 2009
}}</ref> Dengan kata lain, konstanta struktur halus merupakan hasil bagi [[momentum sudut]] minimum yang dimungkinkan oleh relativitas untuk orbit yang tertutup, dengan momentum sudut minimum yang dimungkinkan oleh mekanika kuantum. Konstanta ini muncul secara alamiah dalam analisis Sommerfeld, dan menentukan ukuran pemisahan atau [[struktur halus]] dari [[seri Lyman|garis-garis spektrum]] hidrogenik. Konstanta ini tidak dipandang penting sampai diberikannya persamaan gelombang relativistik linear Paul Dirac pada tahun 1928, yang memberikan rumus struktur halus yang tepat.<ref name="Kragh03"/>{{rp|407}}

Dengan perkembangan [[elektrodinamika kuantum]] (QED), pentingnya α telah meluas dari sebuah fenomena spektroskopis menjadi sebuah konstanta sambatan umum untuk medan elektromagnetik, menentukan kuat interaksi antara elektron dan foton. Suku {{math|{{sfrac|''α''|2π}}}} diukir di batu nisan salah satu pelopor QED, [[Julian Schwinger]], mengacu pada perhitungan [[momen dipol magnetik anomal]]nya.

==Lihat pula==
*[[Konstanta listrik]]
*[[Konstanta Planck]]
*[[Laju cahaya]]
*[[Struktur hiperhalus]]

==Referensi==
{{Reflist|40em}}

==Pranala luar==
*[[Stephen L. Adler]], [http://lss.fnal.gov/archive/1972/pub/Pub-72-059-T.pdf "Theories of the Fine Structure Constant α"] FERMILAB-PUB-72/059-T
*[http://physics.nist.gov/cuu/Constants/alpha.html "Introduction to the constants for nonexperts"], diadaptasi dari ''[[Encyclopædia Britannica]]'', edisi ke-15. Disebarkan oleh halaman web [[NIST]].
*[https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?alph Nilai yang direkomendasikan CODATA untuk α], sejak tahun 2018.
*[https://www.goodreads.com/quotes/tag/fine-structure-constant Kutipan-kutipan mengenai konstanta struktur halus]

[[Kategori:Bilangan tak berdimensi]]
[[Kategori:Elektromagnetisme]]
[[Kategori:Konsep fisika]]
[[Kategori:Konstanta fisika]]


{{fisika-stub}}