Wie schwer ist ein Lichtteilchen? Wissenschaftler haben es gerade entdeckt: ScienceAlert

Wir haben eine neue Obergrenze für die Lichtmasse.

Messungen von in der Milchstraße verstreuten Pulsaren und mysteriösen Radiosignalen anderer Galaxien zufolge kann ein Lichtteilchen – Photon genannt – nicht schwerer als 9,52 x 10 sein^-46 Kg.

Das ist eine kleine Grenze, aber die Feststellung, dass Licht überhaupt eine Masse hat, wird großen Einfluss darauf haben, wie wir das Universum um uns herum interpretieren und wie wir die Physik verstehen.

Photonen werden üblicherweise als masselose Teilchen beschrieben. diese Diskrete Energiemengen Sie rasen mit konstanter Geschwindigkeit durch die Raumzeit und können im Vakuum weder schneller noch langsamer werden. Diese konstante Geschwindigkeit bedeutet keine Masse, und es gibt keinen Beweis für das Gegenteil.

Allerdings wissen wir nicht sicher, dass Photonen masselos sind.

Eine Masse ungleich Null wird tiefgreifende Auswirkungen haben. Das würde Einsteins spezieller Relativitätstheorie widersprechen, und Maxwells elektromagnetische TheorieEs könnte zu neuer Physik führen und einige große Fragen über das Universum beantworten (obwohl es dabei auch viele andere Fragen aufwirft).

Wenn ein Photon eine Masse hat, müsste es sehr klein sein, um große Auswirkungen auf das Aussehen des Universums zu haben, was bedeutet, dass wir nicht über die Werkzeuge verfügen, um es direkt zu messen.

Aber wir können indirekte Messungen durchführen, die uns eine Obergrenze für diese hypothetische Masse liefern, und genau das hat eine Gruppe von Astronomen getan.

Ein Team der Sichuan University of Science and Engineering, der Chinese Academy of Sciences und der Nanjing University analysierte die vom Parkes Pulsar Timing Array gesammelten Daten sowie Daten zu schnellen Funkausbrüchen aus einer Reihe von Quellen, um zu bestimmen, wie massiv das Licht ist.

Das Pulsar Timing Array ist eine Anordnung von Radioteleskopantennen zur Beobachtung von Neutronensternen, die pulsierende Strahlen elektromagnetischer Strahlung in der Größenordnung von Millisekunden auf extrem kleine Pulsare strahlt. Schnelle Funkstöße sind extrem starke Lichtausbrüche unbekannten Ursprungs, die in weiten Abgründen des Weltraums registriert werden.

Die von den Forschern untersuchte Eigenschaft heißt Streuung messenEs ist eines der Hauptmerkmale von Pulsaren und schnellen Funkstößen. Es bezieht sich auf die Menge des eng gepulsten Radiolichtstrahls, der von freien Elektronen zwischen uns und der Lichtquelle ausgebreitet wird.

Wenn Photonen eine Masse haben, wird ihre Ausbreitung durch den von Plasma bevölkerten Nichtvakuumraum sowohl von der Masse als auch von den freien Elektronen im Plasma beeinflusst. Dies würde zu einer Zeitverzögerung proportional zur Masse des Photons führen.

Die Pulsar-Timing-Matrix sucht nach Verzögerungen im Timing der Pulsare relativ zueinander. Streueffekte können insbesondere innerhalb der ultrabreiten Bandbreite reduziert werden, sodass Forscher berechnen können, wie viel Verzögerung eine virtuelle Photonenmasse beitragen könnte.

Gleichzeitig kann die Entfernung der Streuung von Signalen schneller Funkstöße auch eine Verzögerung erkennen lassen, die proportional zur Masse des Photons ist.

Durch sorgfältige Untersuchung dieser Daten konnte das Team eine Obergrenze von 9,52 x 10 ermitteln^-46 Kilogramm (oder entsprechende Energie 5,34 x 10^-10 Elektronenvolt C^-2). Beachten Sie, dass dies nicht bedeutet, dass das Photon Masse hat; Es bedeutet lediglich, dass wir eine neue Grenze haben, bis zu der die Masse abnehmen kann, sofern sie existiert.

„das ist das erste Mal,“ Die Autoren schreiben„Die Wechselwirkung zwischen einer Photonenmasse ungleich Null und dem Plasmamedium wurde berücksichtigt und berücksichtigt, während sich das Photon durch das Plasmamedium ausbreitet.“

Es ist nicht viel weniger als das Maß Veröffentlicht im Jahr 2023Vielmehr handelt es sich um eine Verbesserung. Dies bedeutet, dass Wissenschaftler, die die Auswirkungen der virtuellen Photonenmasse untersuchen, über einen genaueren Bereich verfügen, in dem sie arbeiten können.

Die Studie zeigt laut Astronomen auch den Bedarf an hochauflösenden Radioteleskopen. Es ist unwahrscheinlich, dass wir in absehbarer Zeit in der Lage sein werden, ein Photon zu wiegen. Wenn wir jedoch Daten von gleichbleibend hoher Qualität erhalten, können wir den Umfang der Messung und damit auch ihre möglichen Auswirkungen auf das Universum um uns herum noch weiter eingrenzen.

Die Forschung wurde veröffentlicht in Astrophysikalisches Journal.