Bestimmung der Feinstrukturkonstanten durch Messung des Quotienten aus Planck-Konstante und Neutronenmasse

摘要

Am Hochflußreaktor des Instituts Laue-Langevin in Grenoble wurde der Quotient h/m_n (h Planck-Konstante, m_n Neutronenmasse) mit einer relativen Unsicherheit von 7,7 · 10~(-8) gemessen. Nach der de Broglie-Beziehung ist h/m_n gleich dem Produkt aus Wellenlänge und Geschwindigkeit eines freien Neutrons. Um diese Größen zu erhalten, wurde durch Bragg-Reflexion in einem Siliciumkristall ein Strahl aus Neutronen gleicher und genau bekannter Wellenlänge erzeugt und deren Geschwindigkeit nach einer speziellen Flugzeitmethode gemessen. Das Ergebnis lautet: h/m_n = 3,956 033 320 (302) · 10~(-7) m~2s~(-1) Aus h/m_n läßt sich der Wert der Feinstrukturkonstanten α ableiten. Der gemessene Wert führt zu α~(-1) = 137,036 010 82 (5 24) (relative Unsicherheit: 3,9 · 10~(-8)). Diese Methode, α zu bestimmen, unterscheidet sich wesentlich von allen bisher verwendeten Methoden.%At the high-flux reactor of the Institut Laue-Langevin in Grenoble, the quotient h/m_n (h Planck constant, m_n neutron mass) was measured with a relative uncertainty of 7,7 x 10~(-8). According to the de Broglie equation, h/m_n is equal to the product of the wavelength and the velocity of a free neutron. To obtain these quantities, a beam of neutrons with an identical and well-known wavelength was produced by Bragg reflection in a silicon crystal. The velocity of the neutrons was measured by a special time-of-flight method. The result is h/m_n = 3,956 033 320 (302) x 10~(-7) m~2s~(-1). From h/m_n the value of the fine-structure constant α can be derived. The measured value leads to α~(-1) = 137,036010 82 (5 24) (relative uncertainty 3,9 x 10~(-8)). This method of determining α greatly differs from all methods used so far.