¿La ecuación de Broglie o el campo de Higg podrían dar "masa" a un fotón?

Sé que probablemente haya cientos de preguntas sobre la masa de un fotón, pero ninguna de esas preguntas pudo aclararme algunos problemas.

Estaba hablando con un tipo en Facebook que dice que los fotones tienen masa. Utiliza un término "masa maupertusiana" (el término utilizado es "massa maupretusiana" porque la discusión se hizo en portugués) y se atribuye a Paul Langevin, pero no encontré nada al respecto. Y dijo que Poincaré de alguna manera probó que el fotón tiene masa y un científico de la NASA descubrió que debería ser del orden de 4 × 10 44 gramos

El problema es que no puedo encontrar ningún consenso sobre la definición de masa en sí. Por ahora, definiré la masa como la masa en reposo, si de alguna manera pudieras poner la partícula en una escala y encontrar un valor distinto de cero. Me dijeron que los fotones no tienen masa en reposo , sino que tienen masa relativista y es esa masa la que les da su impulso. Entonces si pongo un protón, por ejemplo, en una balanza encontraría su masa, pero no encontraría nada para el fotón.

Lo más contrario a la intuición es que los fotones tienen impulso pero no tienen masa.

La mayoría de la gente piensa que el impulso tiene que ver con la masa debido a la relación pag = metro v , pero si es así, el fotón no podría tener ningún impulso en absoluto.

La explicación que da la mayoría de la gente (y creo que es la correcta) es que todo el impulso de un fotón es relativista.

La "ecuación completa" de la energía en relatividad es mi 2 = metro 2 C 4 + pag 2 C 2 . Dado que un fotón no tiene masa, solo tiene impulso y está relacionado por su energía por mi = pag C .

Está bien. Corríjame si me equivoco: este impulso no tiene nada que ver con la masa real. Quiero decir, los fotones no tienen masa en reposo e implica que este impulso solo está relacionado con la energía pero no tiene nada que ver con la masa.

El problema surge cuando tenemos en cuenta la ecuación de de Broglie.

λ = h pag = h metro v

Esta ecuación funciona para el fotón porque tiene impulso. Pero, ¿implica que un fotón tiene masa? Podemos uso simple v = C y encontrar la masa de un fotón. ¿Es eso correcto? Si este momento no se debe a la masa real sino que es relativista, entonces no tiene sentido encontrar una masa para un fotón usando esta ecuación.

¡Simplemente no puedo entender esto porque ni siquiera puedo definir qué es exactamente la masa para empezar! Y para peor, masa relativista es un término obsoleto en muchos libros de texto. El mismo tipo dijo que es posible que un fotón interactúe con el campo de Higg y gane masa. Yo tampoco puedo agarrarlo.

Para resumir, ¿alguien puede explicarme las siguientes preguntas? Cuando normalmente hablamos de masa, ¿de qué estamos hablando exactamente (por ejemplo, la masa de un protón)? ¿Los fotones realmente no pueden tener masa? ¿Se utilizó el término "maupertusiano" o similar en alguna literatura científica? ¿Es cierto decir que el momento del fotón no tiene nada que ver con la masa real y entonces no tiene sentido usar la ecuación de De Broglie para calcularlo? ¿Pueden los fotones interactuar con el campo de Higgs? Y finalmente, ¿existe la posibilidad de que un fotón pueda tener masa de alguna manera o en algunas circunstancias? Quiero decir, de la misma manera que un protón tiene masa, por ejemplo. ¿O no, es completamente imposible encontrar un valor para la masa de un protón sin importar las circunstancias?

Espero que alguien pueda entender mis dudas y pueda ayudarme a aclararla. Lo siento si pregunto demasiado, pero hay algo que realmente busqué respuestas pero ninguna resolvió el problema. ¡Muchas gracias de antemano!

Respuestas (3)

Los fotones tienen energía y cantidad de movimiento, pero no masa. En la física moderna, "masa" significa "masa invariante de Lorentz", definida por metro 2 C 4 = mi 2 pag 2 C 2 . Su ecuación de DeBroglie con metro no es relativista y no se aplica a los fotones.

Se supone que solo debe hacer una pregunta a la vez (¡no doce!), así que he respondido algunas de las más importantes.

Tu amigo de Facebook tiene puntos de vista no convencionales sobre la física. Te recomiendo que los ignores.

La forma en que simplemente lo puso me aclaró la mente. Creo que es porque no sabía los términos correctos. Lo siento mucho por las 12 preguntas, y supongo que debería terminar con este tema para evitar romper las reglas del sitio. De todos modos, gracias por responder. Entonces, la respuesta directa debería ser: no, los fotones no tienen masa y eso es todo.

Creo que algunas de sus preguntas ya están respondidas, por lo que me gustaría aclarar algunas cosas que quedaron. Cualquier objeto que viaje a la velocidad de la luz no puede tener masa alguna. Entonces, bajo ninguna circunstancia, un fotón puede tener masa. La masa relativista no existe. Es solo un término inventado para hacer que las ecuaciones corregidas de la mecánica se parezcan a las de Newton. (Newton definió el momento como pag = metro v , mientras que la Relatividad Especial lo define como pag = γ metro v entonces γ metro fue 'llamado' masa relativista, que cambia con la velocidad)

En segundo lugar, el fotón no interactúa con el campo de Higgs. Pero me gustaría ser más técnico y mostrar por qué otras partículas tienen masa. Hay una propiedad física de las partículas fundamentales, conocida como quiralidad. La quiralidad puede ser 'zurda' o 'diestra'. Las partículas que son zurdas tienen una propiedad conocida como 'Hipercarga débil' (solo algo para almacenar en el fondo de su mente). Para cambiar de zurdos a diestros, las partículas tienen que renunciar a la hipercarga débil. El campo de Higgs es donde las partículas obtienen la hipercarga débil y la abandonan. Ahora, los electrones a menudo cambian su quiralidad, y es por eso que tienen que interactuar con el campo de Higgs (para 'renunciar' y 'tomar' la hipercarga débil), y así adquiere masa.El fotón, por otro lado, no cambia su quiralidad, no interactúa con el campo de Higgs. Si el electrón no cambiara constantemente su quiralidad, tampoco tendría masa (y podría viajar a la velocidad de la luz). Así es como cualquier partícula adquiere masa, y por eso el fotón no tiene masa.

NOTA AL MARGEN: El momento de un fotón no tiene relación con su masa. El fotón de una luz se define como pag = mi C y usando esto obtenemos:

λ = h pag = h mi C = h C mi

Los fotones son partículas elementales de la mecánica cuántica y se definen axiomáticamente con masa cero en el modelo estándar de la física de partículas. Este modelo utiliza la relatividad especial y la teoría cuántica de campos en su formulación. El campo de Higgs tiene un papel específico en el modelo estándar, el de dar masa en la ruptura de simetría a los bosones de calibre, pero siempre habrá un bosón de calibre neutral con masa cero, identificado con el fotón, por eso. Entonces, en la teoría estándar, el fotón no puede adquirir una masa por el mecanismo de Higgs, por construcción de la teoría.

La relatividad especial define la masa de partículas individuales como la "longitud" del cuatro vector energía-momento , llamado masa invariante, porque es invariante bajo las transformaciones de Lorentz. Las definiciones galileanas de masa (que es lo que usa deBroglie) no son válidas para las descripciones relativistas, que son las que pueden describir partículas de masa muy pequeña.

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