¿Está todo hecho de partículas sin masa?

Los fotones no tienen masa. Sin embargo, interactúan gravitacionalmente, como lo hace toda la energía, con otras partículas energéticas y masivas. Esto significa que si pones varios fotones en un sistema, obtienes algo que parece tener masa, aunque ninguna de las partículas constituyentes tenga masa.

Eso me hace preguntarme:

¿Es realmente la masa una parte fundamental de la realidad? ¿No podría ser que las partículas masivas (protones/neutrones/electrones) estén simplemente compuestas de partículas sin masa como fotones anudados, confinados en un área pequeña y zumbando en órbitas muy estrechas? Entonces, ¿todo es, en cierto sentido, sin masa?

La búsqueda y el descubrimiento del bosón de Higgs me sugiere, en mi comprensión limitada, que los científicos creen que la masa es una propiedad fundamental que tienen algunas partículas. Y también que la masa es fundamentalmente diferente a otros tipos de energía (aunque la conversión es posible). ¿Todo esto excluye un sistema como el que describo?

No puedo encontrar ningún sentido en el último párrafo. No parece haber ninguna conexión lógica entre el material sobre el Higgs y el resto de la pregunta. Tenga en cuenta que la mayor parte de la masa de la materia ordinaria no proviene del mecanismo de Higgs.
Lo que dijo Ben Crowell. También la masa es una propiedad fundamental: es solo la energía que tiene un sistema cuando está en reposo. El "sistema" puede ser arbitrariamente complicado por dentro: podría tener cualquier cantidad de energía cinética y de interacción de los constituyentes internos. Pero póngalo en una caja negra y pregunte: ¿está el sistema en reposo? Si es así, la energía total que tiene es su masa. Los fotones no tienen masa simplemente porque no pueden detenerse.
El último párrafo es una declaración de mi ignorancia: solo sé que los científicos descubrieron algo llamado bosón de Higgs, y dijeron que esto es lo que le da masa a las partículas... Basado en esa comprensión limitada, esto implica para mí que los científicos creen la masa es una propiedad fundamental. Pero no entiendo exactamente por qué es... La respuesta de David Z es muy útil.
Se agregaron algunas ediciones al párrafo final para corregirlo y también para ayudar a evitar que otros se desvirtúen aquí.
Esto está a punto de sugerir una idea no convencional. PD Es el campo de Higgs el que da masa a las partículas a través del mecanismo de Higgs, no el bosón de Higgs, eso es solo un mito popular que los medios propagan.
Dimension10: Definitivamente no estoy tratando de sugerir nada. No soy un experto... Solo estoy tratando de entender si los científicos creen que la masa es fundamental (en el sentido de que la masa en sí misma no está compuesta por otras formas de energía), y si es así, ¿por qué?
Relacionado: physics.stackexchange.com/q/64232/2451 y enlaces en el mismo.

Respuestas (2)

Ciertamente, es posible que la masa de una partícula provenga parcialmente de la energía cinética de partículas sin masa; por ejemplo, aproximadamente la mitad de la masa de un protón es la energía cinética de sus gluones. Pero el tipo de masa que tienen las partículas fundamentales, el tipo que proviene del mecanismo de Higgs, no parece ser de ese tipo. Quizá algún día descubramos que lo es. (Este sería el caso si la teoría de cuerdas resulta ser correcta, por ejemplo).

Por cierto, los científicos no creen que la masa sea fundamentalmente diferente de la energía. La masa es solo un tipo de energía.

Lo que pregunta el OP suena más como preones que como cuerdas. Las teorías de Preon tienen dificultades debido al problema del confinamiento: physics.stackexchange.com/a/64646/4552
Claro, acabo de citar la teoría de cuerdas como un ejemplo (el más reconocible) de cómo las masas de las partículas fundamentales podrían ser energía. Que yo sepa, no se han descartado teorías de este tipo, aunque hay cuestiones que tratar como el confinamiento.
Gracias por esto. Respuesta muy útil... Lo que quise decir cuando dije "la masa es fundamentalmente diferente de la energía" es que la masa es una propiedad fundamental que es diferente de otros tipos de energía. Ahora me doy cuenta de que está mal redactado. Gracias por la corrección.
FYI @BobIsNotMyName Acabo de notar (y corregir) un error: la masa no proviene del bosón de Higgs , sino del mecanismo de Higgs , del cual la existencia del bosón es solo un efecto secundario.
¿Es realmente correcto decir "energía cinética de partículas sin masa"? Pensé que la energía cinética siempre sigue a E=1/2mv^2... Es decir, los fotones no tienen energía cinética. ¿O estoy equivocado?
@BobIsNotMyName: Eso es solo en mecánica newtoniana no relativista. En Relatividad Especial, la energía total (reposo + cinética) es mi = metro 2 C 0 4 + pags 2 C 0 2 , dónde C 0 es la velocidad de la luz y pags es el impulso y metro es la masa (por supuesto, puede expandir la raíz cuadrada de Taylor para obtener solo la energía cinética, como una serie infinita), que, para partículas sin masa, se reduce a mi = pags C 0 . Esto también puede seguir desde el 4-momentum, pero hagámoslo más simple por ahora, ; .
@ Dimension10: entiendo esto (recientemente encontré la forma expandida de E = mc ^ 2 que detallaste) ... Simplemente no estaba seguro de si "energía cinética" es la frase correcta para el tipo de energía que tienen los fotones .
@BobIsNotMyName Sí, lo es. La energía cinética se define como la diferencia entre la energía relativista total (la mi que Dimension10 dio las fórmulas para) y energía de masa ( metro C 2 ).

Esta es una pregunta muy interesante. Resulta que en el modelo estándar antes de romper la simetría, la única partícula con un término de masa es el propio bosón de Higgs (y posiblemente los neutrinos). Los fermiones y los bosones de calibre débil adquieren masa a través del mecanismo de Higgs y más masa en la naturaleza es generada por el confinamiento de los quarks dentro de los nucleones, pero hay un sentido real en el que todo en el modelo estándar + gravedad está hecho de partículas sin masa excepto el Higgs y posiblemente los neutrinos.

Esto es significativo porque significa que el modelo estándar casi tiene invariancia conforme. Esta es la invariancia bajo una simetría de espacio-tiempo que puede cambiar las escalas de distancia localmente siempre que todos los ángulos permanezcan fijos. Solo el término de masa de Higgs rompe la simetría. Se ha sugerido que el modelo estándar podría tener una invariancia conforme exacta en forma clásica con el término de Higgs generado dinámicamente en la teoría cuántica, pero esta no es una idea muy apreciada todavía.

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