Grafen jest to forma węgla o grubości jednego atomu, która po raz pierwszy została otrzymana przez Andre Geima wraz z zespołem naukowców z Uniwersytetu Manchester w 2004 roku. Jest to olbrzymich rozmiarów dwuwymiarowa cząsteczka, w której atomy ułożone są w heksagonalną sieć. Grafen jest spokrewniony z nanorurkami i fullerenami, które są również „egzotycznymi” postaciami węgla, jednakże w przeciwieństwie do nich wszystkie atomy w grafenie leżą w jednej płaszczyźnie. Ten najcieńszy na świecie materiał charakteryzuje się niezwykłą wytrzymałością, elastycznością i bardzo dobrym przewodnictwem cieplnym.
Naukowcy przygotowali dość duże próbki grafenu z zamiarem zmierzenia, jaka ilość światła przechodzi przez ten materiał. Okazało się, że błona węglowa o grubości 1 atomu zatrzymuje aż 2,3% światła (nieoczekiwanie dużo). Naukowcy wykazali również, że ilość światła zatrzymywanego przez grafen jest bezpośrednio związana ze stałą struktury subtelnej (α), która określa siłę oddziaływań elektromagnetycznych. Do tej pory stała ta była wielkością bezwymiarową.
Eksperyment ten nie wymagał żadnych skomplikowanych obliczeń. Okazało się, że jeżeli dokładną ilość światła pochłanianego przez grafen podzieli się przez liczbę pi, otrzyma się wartość stałej α. Eksperymentatorzy wyjaśniają, że elektrony w grafenie zachowują się tak, jak gdyby nie posiadały masy (zostało to udowodnione w poprzedniej pracy fizyków z Manchesteru). I dlatego widzialność grafenu nieuzbrojonym okiem jest określana przez stałą struktury subtelnej.
Autorzy pracy podkreślają, że do tej pory bardzo trudno było zmierzyć stałe fizyczne, wymagało to bowiem skomplikowanych eksperymentów, kosztownych urządzeń, a mimo to nie gwarantowało dokładności obliczeń. Geim twierdzi, że cały zespół naukowców był zaskoczony, gdy okazało się, że dzięki prostemu prześwietlaniu grafena można „zobaczyć” jedną ze stałych, która określa podstawy budowy Wszechświata. Naukowiec brytyjski wyjaśnia również, że jeżeli wartość stałej α różniłaby się od obecnej zaledwie o kilka procent, we Wszechświecie nie doszłoby do rozwoju życia, ponieważ w jądrach gwiazd wskutek reakcji jądrowych nie doszłoby do powstania węgla.
JSL