¿Cambia la masa de un electrón con su "estado de energía"?

Cuando un electrón absorbe un fotón, entra en un estado de mayor energía y entra en la órbita/capa superior.

¿Tiene (más bien debería) esta absorción de energía también un impacto en su masa (aunque increíblemente pequeña)?

¿Podemos incluso medir la masa de un electrón mientras todavía está unido al núcleo?

Depende de la masa a la que te refieras... ¿estás hablando de masa gravitacional, masa inercial o masa en reposo?
@Aron Esa es una declaración muy engañosa. Incluso me siento tentado a decir que es francamente erróneo ya que, por lo que sabemos, la masa inercial y la masa gravitacional son lo mismo . Además, a menos que esté tratando de distinguirlos con alguna sutileza importante (como la densidad de masa-energía), la masa en reposo también es equivalente a los otros dos términos. No estoy seguro de a qué está tratando de llegar, pero creo que es realmente confuso el problema en cuestión.
@Geoffery. Estas muy mal. La masa en reposo y la masa inercial NO son equivalentes, excepto cuando están en reposo. RS simple. Sí, la masa inercial y la masa gravitatoria son equivalentes en partículas masivas a unas pocas ppm, pero no estoy seguro acerca de conceptos como agujeros.
@Aron No, estás muy equivocado. Por el principio de equivalencia de GR, las masas inercial y gravitacional son exactamente iguales. Y son iguales a la masa en reposo. Si demuestra lo contrario, será un gran descubrimiento.
@Ruslan. Creo que te perdiste mi punto por completo. Cuando dije a unas pocas ppm, eso es que se ha confirmado experimentalmente a unas pocas ppm. Mi punto principal es que hay diferentes cantidades llamadas masa. Algunos de ellos escalares.
Solo para agregar que, para los electrones que interactúan con una red de átomos (más notablemente en los semiconductores), también se debe considerar el concepto de "masa efectiva". Es solo un dispositivo para resumir el efecto de la interacción (más o menos como 'masa relativista'), pero es útil cuando se trata de cristales.
@Aron Si nada más, realmente debería saber que toda la masa es escalar, no solo algunas masas. Independientemente del contexto, la masa nunca es un vector.
@Geoffrey Scalar no significa lo que crees que es. Significa que es invariante bajo rotación. En el caso de SR, la rotación significa un impulso de Lorentz. Solo la masa invariante/masa en reposo es invariante bajo el impulso de Lorentz (de ahí el nombre).
Pensé que escalar significa sin dirección. La masa de un cuerpo (como causa de su fuerza gravitatoria) tiene una dirección, pero esa dirección no se puede definir porque, en palabras simples, esta dirección es "hacia sí mismo". Entonces, así como la atracción gravitatoria (o tal vez el campo es la palabra correcta) del cuerpo no tiene dirección, A MENOS que se hable en relación con un cuerpo sobre el que se ejerce esta atracción, de manera similar la masa carece de dirección. Quiero decir, la masa tiene una dirección, pero si sumas todas las direcciones de la masa en el espacio tridimensional, cada dirección se cancela con la dirección del lado opuesto.

Respuestas (5)

La masa en reposo de una partícula fundamental nunca cambia. Su masa es una constante natural y uno de los números que la identifica de manera única (como su giro). Por otro lado, la masa invariable del sistema atómico aumenta a medida que el electrón se excita, lo que lleva al átomo a un estado de mayor energía. En ese sentido, el átomo (no el electrón) se vuelve "más pesado" debido al aumento de energía de la configuración interna de las partículas.

Entonces, ¿el átomo en general se vuelve más pesado mientras que el material de su composición permanece en la misma masa? Por material me refiero a sus partículas. Entonces, ¿el incremento en la masa total de un átomo que absorbe fotones aumenta debido a su componente de energía en lugar del incremento de masa de las partículas?
Básicamente sí. La explicación conceptual se basa en la totalidad mi = metro C 2 ocurrencia. En términos generales, el aumento de la energía del átomo se traduce en un aumento de la masa del átomo a través de efectos relativistas. Creo que la respuesta de John es una excelente explicación.

Este es realmente un comentario extendido a la respuesta de Geoffrey, así que vote a favor de la respuesta de Geoffrey en lugar de esta.

La masa de un átomo de hidrógeno es 1.67353270 × 10 − 27 kg. Si sumas las masas de un protón y un electrón, entonces llegan a 1.67353272 × 10 − 27 kg. La diferencia es de aproximadamente 13,6 eV, que es la energía de ionización del hidrógeno (aunque tenga en cuenta que el error experimental en las masas no es mucho menor que la diferencia, por lo que esto es solo aproximado).

Esto no debería sorprenderte porque tienes que agregar energía (en forma de un fotón de 13,6 eV) para disociar un átomo de hidrógeno en un protón y un electrón libres, y esto aumenta la masa de acuerdo con la famosa ecuación de Einstein. mi = metro C 2 . Entonces, este es un ejemplo directo del tipo de aumento de masa que describe.

Sin embargo, no puede decir que esto sea un aumento de masa del electrón o del protón. Es un aumento en la masa del sistema combinado. Las masas invariantes del electrón y el protón son constantes y no se ven afectadas por si están en átomos o deambulando libremente. El cambio de masa proviene de un cambio en la energía de enlace del sistema.

En el ejemplo de su sitio, está hablando de un electrón enlazado . En este caso, el electrón no gana (ningún tipo de) masa porque la energía del fotón se dedica a cambiar el estado del electrón (a un estado de mayor energía). Esta energía se "devuelve" cuando el electrón vuelve a su estado anterior, emitiendo un fotón equivalente.

No. La masa de un electrón no cambia con su aumento de energía (al absorber la energía del fotón).

Un fotón no tiene masa en reposo sino energía, y esa energía del fotón no se convierte en masa, en ninguna forma, según la ecuación E = mc ^ 2.

La energía del fotón más bien se convierte en una frecuencia más alta, no en masa, como se puede ver en la ecuación de Max Planck E=hv (eich nu) o E=hf. La energía del fotón más bien se convierte en frecuencia, como resultado, dicha elección de energía excitada debería aumentar su energía y la frecuencia de su espín alrededor del núcleo, no aumentando la masa del electrón o la masa del átomo en sí, sino aumentando su frecuencia de energía.

La masa del átomo aumenta , como explican Geoffrey y John.

Incluso un electrón libre se vuelve más pesado bajo la influencia de la aceleración de los fotones. El mejor ejemplo son los colisionadores en los que cierta cantidad de energía de los fotones permanece en el electrón y cierta cantidad el electrón vuelve a perder. Luego, más rápido el electrón y luego más alto el suelto. La física vive de modelos e interpretaciones y tu interpretación es agradable. Acerca los términos energía y masa.

Solo corrija si usa un texto de la administración de Eisenhower (para citar a un regular de Physics SE). La masa invariante permanece invariante. Esta respuesta tampoco es útil para un electrón enlazado que no tiene un momento bien definido.
Pensé que no existe tal cosa como "masa invariable", ya que toda la materia de nuestro universo está en un estado de movimiento constante. Por lo tanto, todas las "masas en reposo" son un poco engañosas si se tiene en cuenta el panorama general del cosmos. ¿No?
@YoustayIgo: Bien.
@YoustayIgo Esta idea que explica en su comentario aquí es un concepto erróneo común causado por esto que la gente escucha acerca de que las partículas en movimiento se vuelven más masivas. Bajo la Relatividad Especial, una partícula que se mueve rápidamente es generalmente más difícil de acelerar de lo que predecirían las Leyes de Newton, lo que a menudo, y de manera engañosa, se ha descrito como un aumento en la masa de la partícula cuando, en realidad, es simplemente un hecho de la Mecánica Relativista que no es la mecánica newtoniana . La relatividad es un nuevo mundo valiente. Acéptalo en sus propios términos.
Entonces, ¿un cuerpo en movimiento se vuelve más difícil de acelerar aunque su masa sigue siendo la misma? Solía ​​pensar que el impulso es un simple múltiplo de la masa y la velocidad. Si la masa permanece constante y la velocidad es bien conocida, ¿por qué la cantidad de movimiento es mayor que su múltiplo? :S
@Youstay Igo: Sí, es más difícil acelerar por tres razones. La aceleración es la interacción con los fotones. 1. Luego, a mayor velocidad de los cuerpos, menos impulso del fotón pasa al cuerpo. 2. Luego, más fotones se vuelven a emitir (Bremsstrahlung). 3. Las partículas cargadas del cuerpo quedan ensombrecidas por los fotones que no se vuelven a emitir (que están "sobre el cuerpo").
@YoustayIgo La masa invariable de una partícula o sistema se define como la longitud del cuatro vector energía-momento. Como tal, es un escalar de Lorentz y se mide como el mismo en cualquier marco de referencia. Todos los escalares de Lorentz (incluido el tiempo propio) tienen esa propiedad, por lo que las personas que se toman en serio la relatividad se apoyan mucho en ellos porque simplemente realizan todo tipo de cálculos. Una gran parte de los relativistas sólo habla de masa invariante, evitando por innecesaria, obsoleta y confusa la noción de "masa relativista"; lo que no quiere decir que este concepto no se pueda definir y utilizar.
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