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Planck intermediate results XXIV. Constraints on variations in fundamental constants

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  • Additional Information
    • Contributors:
      Institut d'astrophysique spatiale (IAS); Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National d’Études Spatiales Paris (CNES); Astrophysique Interprétation Modélisation (AIM (UMR7158 / UMR_E_9005 / UM_112)); Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS); Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP); Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3); Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP); Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3); Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS); Institut d'Astrophysique de Paris (IAP); Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS); Département de Physique des Particules (ex SPP) (DPhP); Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers (IRFU); Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)); Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)); Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA); Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire (LAL); Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS); AstroParticule et Cosmologie (APC (UMR_7164)); Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Observatoire de Paris; Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS); Institut universitaire de France (IUF); Ministère de l'Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (M.E.N.E.S.R.); Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique (LERMA); École normale supérieure - Paris (ENS-PSL); Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris; Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université de Cergy Pontoise (UCP); Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS); Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie (LPSC); Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS); Laboratoire Univers et Théories (LUTH (UMR_8102)); Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris; Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG ); Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG); Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS); Laboratoire de Physique Théorique d'Orsay Orsay (LPT); Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS); This work was made possible thanks to the ANR Chaire d’Excellence ANR-10-CEXC-004-01; Planck; ANR-11-IDEX-0004,SUPER,Sorbonne Universités à Paris pour l'Enseignement et la Recherche(2011); ANR-10-BLAN-0510,VACOUL,Variation des constantes fondamentales de la Physique : Contraintes observationnelles dans l'Univers lointain(2010); ANR-10-LABX-0063,ILP,Institute Lagrange of Paris(2010)
    • Publication Information:
      HAL CCSD
      EDP Sciences
    • Publication Date:
      2015
    • Collection:
      Météo-France: HAL
    • Abstract:
      International audience ; Any variation in the fundamental physical constants, more particularly in the fine structure constant, α, or in the mass of the electron, me, affects the recombination history of the Universe and cause an imprint on the cosmic microwave background angular power spectra. We show that the Planck data allow one to improve the constraint on the time variation of the fine structure constant at redshift z ~ 103 by about a factor of 5 compared to WMAP data, as well as to break the degeneracy with the Hubble constant, H0. In addition to α, we can set a constraint on the variation in the mass of the electron, me, and in the simultaneous variation of the two constants. We examine in detail the degeneracies between fundamental constants and the cosmological parameters, in order to compare the limits obtained from Planck and WMAP and to determine the constraining power gained by including other cosmological probes. We conclude that independent time variations of the fine structure constant and of the mass of the electron are constrained by Planck to Δα/α = (3.6 ± 3.7) × 10-3 and Δme/me = (4 ± 11) × 10-3 at the 68% confidence level. We also investigate the possibility of a spatial variation of the fine structure constant. The relative amplitude of a dipolar spatial variation in α (corresponding to a gradient across our Hubble volume) is constrained to be δα/α = (−2.4 ± 3.7) × 10-2.
    • Relation:
      info:eu-repo/semantics/altIdentifier/arxiv/1406.7482; cea-01383655; https://cea.hal.science/cea-01383655; https://cea.hal.science/cea-01383655/document; https://cea.hal.science/cea-01383655/file/aa24496-14.pdf; ARXIV: 1406.7482; BIBCODE: 2014arXiv1406.7482A; INSPIRE: 1303859
    • Accession Number:
      10.1051/0004-6361/201424496
    • Online Access:
      https://doi.org/10.1051/0004-6361/201424496
      https://cea.hal.science/cea-01383655
      https://cea.hal.science/cea-01383655/document
      https://cea.hal.science/cea-01383655/file/aa24496-14.pdf
    • Rights:
      info:eu-repo/semantics/OpenAccess
    • Accession Number:
      edsbas.49912A25