¿Impulso de absorber un fotón? ¿Hay un aumento en la masa en reposo?

Estoy revisando la relatividad especial de AP French. En un capítulo (6) se establece lo siguiente:

Supongamos que una partícula estacionaria de masa METRO 0 es golpeado por un fotón de energía q , que se absorbe por completo. El sistema combinado tendrá masa METRO y retrocederá con una velocidad v = β C .

Luego continúa diciendo que la conservación de la energía implica:

mi = METRO 0 C 2 + q = METRO C 2
(1)

y la conservación de la cantidad de movimiento implica:

pag = q / C = METRO β C
(2)

Usando la primera ecuación para resolver METRO , y enchufar METRO en la segunda ecuación para resolver β , terminamos con:

β = q METRO 0 C 2 + q

Sin embargo, si uso lo que se desarrolló anteriormente en el capítulo, METRO = γ METRO 0 , y asumo la ecuación (1) [ignorando (2)], obtengo una respuesta completamente diferente. Asimismo, si asumo la ecuación (2), obtengo una respuesta diferente, porque β .

(Entonces, la primera solución sería resolver METRO 0 C 2 + q = γ METRO 0 C 2 para β , con γ = ( 1 β 2 ) 1 / 2 . La segunda solución sería resolver q / C = γ METRO 0 β C para β . No incluí las soluciones que obtuve porque son [por lo que deduzco] incorrectas y porque las ecuaciones para ellas no son demasiado interesantes/esclarecedoras/cortas para escribir)

Me imagino que la única manera de reconciliar estos problemas es si METRO no solo depende de β , pero si, en cambio, la masa en reposo en realidad aumenta desde antes de la colisión, de modo que tengo METRO 0 C 2 + q = γ METRO 0 C 2 y q / C = γ METRO 0 β C . Entonces, tendría dos ecuaciones y dos incógnitas, por lo que el resultado del libro se mantendría y puedo calcular la nueva masa en reposo.

Mi pregunta es: ¿Es este un efecto real? Si es así, ¿hay un nombre para ello? Simplemente parece un poco notable, y es algo que si hubiera ignorado el impulso y solo hubiera mirado la energía (o viceversa), me lo habría perdido por completo.

Cuando dices que "obtienes una respuesta completamente diferente", ¿cuál es la "respuesta" de la que estás hablando? ¿La "respuesta" es beta? Si es así, ¿cómo exactamente está resolviendo para beta ignorando la ecuación 2?
@phoenixheart6 aclaró en la publicación. Sí, estaba resolviendo β .
de Wikipedia :It is not good to introduce the concept of the mass M = m/\sqrt{1 - v^2/c^2} of a moving body for which no clear definition can be given. It is better to introduce no other mass concept than the ’rest mass’ m. Instead of introducing M it is better to mention the expression for the momentum and energy of a body in motion.

Respuestas (2)

Sí, debe haber un aumento en la masa en reposo. Este es el por qué:

Empecemos desde una posición de máxima ignorancia. Si no asumimos nada sobre la masa en reposo antes y después, entonces la conservación de la energía y el impulso se leen

METRO 0 C 2 + pag C = γ METRO C 2 pag C = γ METRO v
con pag 0 . Con alguna manipulación, esto se reduce a
METRO 0 METRO = 1 v C
Ahora si METRO = METRO 0 , lo que significa que la masa en reposo se conserva, entonces obtenemos v = 0 , pero esto contradice la suposición pag 0 . Entonces vemos que la masa en reposo no se puede conservar en este proceso.

Apéndice . He estado pensando en esto y me di cuenta de que el aumento en la masa en reposo al absorber un fotón es claro a partir de algunos ejemplos básicos. Aquí hay uno:

Supongamos que la partícula de masa METRO 0 en este problema hay un átomo de hidrógeno en su estado fundamental, e imagine que el fotón tiene suficiente energía con precisión para impulsar al electrón del átomo al primer estado excitado y al mismo tiempo satisfacer la conservación de la energía y el momento. En este caso, es evidente que la masa en reposo del hidrógeno habrá aumentado ya que habrá aumentado la energía de enlace del electrón con el núcleo.

Entonces, la idea principal detrás del experimento original es que para que el fotón sea absorbido, debe haber algún mecanismo para la absorción (como en el ejemplo del átomo de hidrógeno que acabo de dar), y cualquiera que sea ese mecanismo, la energía relativista -La conservación del momento garantizará que debe resultar en un aumento de la masa en reposo de la partícula estacionaria original.

¡Espero que ayude!

¡Salud!

¡Gracias! Sobre todo por reducirlo a una clara contradicción (tener, v = 0 ser la única solución cuando METRO = METRO 0 )
¡Cosa segura! Buena pregunta.

Esto sugiere que el primer Lyman Photon tiene una masa en reposo muy pequeña, y que el cambio en la fuerza centrípeta del electrón del estado fundamental al primer estado excitado es el resultado de que el constituyente negativo del fotón ejerce una fuerza con 15/16 de la magnitud de la fuerza entre el electrón y el protón. El fotón es entonces relativista con una gamma de ~913 y un radio de 2/5 a0 o el radio de Bohr, y 3 veces la frecuencia del electrón en el primer estado excitado. Entonces también podemos calcular la carga en los dos constituyentes con carga opuesta del primer fotón Lyman neutral como 11.7e, lo cual es consistente con la expectativa de que la impedancia del espacio libre es de ~376 ohmios.

Esto realmente no responde la pregunta, por lo que puedo decir. Mencionas varios mecanismos en una publicación muy breve, por lo que tengo problemas para entenderlo.
el fotón no puede tener una gamma. este análisis tiene poco significado ya que el fotón, cuando es absorbido por el átomo, deja de existir de todos modos, incluso si está fuera de la capa de masa. Y el electrón no tiene fuerzas centrípetas que actúen sobre él en el sentido clásico. Está en un orbital, no en una órbita. en.wikipedia.org/wiki/Atomic_orbital
El fotón no deja de existir, se vuelve a liberar 10^-9 s después, y ciertamente existe una fuerza electromagnética entre el electrón y el protón. Las interpretaciones estadísticas de la Mecánica Cuántica no excluyen la conformidad con la Ley de Coulomb.