Изучение крохотного кусочка графена позволило точно измерить одну из важнейших физических констант, определяющих облик всего мироздания.

Кристаллическая структура графена — гексагональная плоская решетка
Образец, который использовали исследователи: сегменты покрыты графеновой пленкой и выглядят почти полностью прозрачными
Слои графена под увеличением: центральная полоса — один слой (поглощает 2,3% света), справа — два (4,6%)

Наше мироздание строго определяется набором фундаментальных констант — например, скоростью света в вакууме, постоянной Планка или зарядом электрона. Будь хоть одна из них немного другой — мы жили бы в совершенно другой Вселенной, а скорей всего, не жили бы вовсе, поскольку такая Вселенная попросту не могла бы существовать. Одна из них — постоянная тонкой структуры, которая определяет силу электромагнитного взаимодействия. Эта константа характеризует силу взаимодействия между электрическими зарядами и фотонами, и значение ее нельзя вывести теоретически, а можно только установить на опыте: примерно 1/137. Измените значение этой постоянной на какие-то доли процента, и все в мире пойдет «не так»: к примеру, не смогут идти термоядерные реакции, которые протекают в недрах звезд и формируют всю гамму химических элементов из двух самых легких (водорода и гелия).

Неожиданные результаты удалось получить группе европейских исследователей во главе с Андре Геймом (Andre Geim) при опытах с графеном — плоской решетке из одинарного слоя атомов углерода, кстати, впервые полученной тоже Андре Геймом вместе с нашим соотечественником Константином Новоселовым. По сути, это самый тонкий материал в мире — из него удается получить пленки макроскопической величины и толщиной в один-единственный атом, так что даже для невооруженного глаза он предстает прозрачным.

Изучая такие пленки, Гейм с соавторами показали, что атомарный слой графена, все же, поглощает некоторую строго определенную долю видимого света. Измерения показали, что эта доля равна 2,3%. Казалось бы, причем тут фундаментальные константы?

Дело в том, что это число, разделенное на число Пи, и дает в результате точное значение постоянной тонкой структуры. Дело в том, что электроны в кристаллической решетке графена ведут себя так, будто они совсем не обладают массой. А значит, их взаимодействие с фотонами света будет определяться только элементарным зарядом. В итоге технически несложный эксперимент позволил непосредственно измерить величину одной из самых непростых из фундаментальных констант.

Между прочим, именно графен (а вовсе не алмаз) является рекордсменом жесткости. И это его свойство ученые не намерены оставить без дела. Читайте: «Как взвесить атом».

По информации PhysOrg.Com