¿Y si pudiéramos dar a los fotones algo de masa?

Estaba leyendo un artículo y estos párrafos me hicieron preguntarme...

Antes de enumerar las respuestas, aquí hay algunos antecedentes. El mecanismo de Higgs describe un campo invisible que, según se argumenta, dividió una fuerza en dos poco después del nacimiento del universo. Específicamente, dividió una antigua fuerza "electrodébil" en las fuerzas electromagnética y débil que vemos en el trabajo hoy. Este último se ve en algunos procesos de desintegración radiactiva y está involucrado en la creación de la luz solar.

El campo de Higgs divide la fuerza electrodébil dando masa a las partículas que transportan la fuerza débil (los bosones W y Z) y dejando sin masa a la partícula que transporta la fuerza electromagnética (el fotón). El bosón de Higgs es la partícula cuántica asociada con el campo de Higgs.

Lo que me pregunto es... ¿alguien puede aventurar una conjetura sobre la posibilidad en algún momento en el futuro de que los humanos puedan manipular el mecanismo de Higgs para dar a los fotones algún tipo de masa? Estoy pensando que obviamente ya no podrían ir a la velocidad de la luz, así que ¿podríamos hacer 'luz lenta'?

Menciona darle a las fotos algún tipo de masa y que la luz sea más lenta. ¿No es esto lo que sucedió en este experimento reciente? phys.org/news/2013-09-scientists-never-before-seen.html
Aquí hay un ejemplo menos exótico de fotones que tienen masa efectiva : masa efectiva de fotones en plasma

Respuestas (3)

Ya podemos hacer esto en materiales --- se llama "superconductividad". El fenómeno de los fotones se entendió antes que el fenómeno de las interacciones débiles, y la descripción de la superconductividad por Landau, y el modelo de Bardeen Cooper Schriefer para condensados ​​fermiónicos emparejados, fue la inspiración para la idea del condensado de vacío de fermiones de Nambu, y el punto posterior de Brout y Englert. mecanismo de Higgs superconductor de partículas.

Los fotones no van más lentos en un superconductor, no van en absoluto. Los superconductores no tienen ninguna excitación de fotones, y si tienes un campo eléctrico y magnético en el superconductor tratando de propagarse, los campos decaen exponencialmente.

Es seguro que no podremos hacer esto en el vacío, porque sabemos que todos los campos que nos rodean son estables. Para hacer una inestabilidad en el campo, tenemos que alterar las constantes fundamentales de tal manera que un campo cargado haga un condensado superconductor. Para alterar las constantes necesitaríamos una determinada densidad de energía por unidad de volumen que va a ser prácticamente infinita a efectos de ingeniería.

Pero el análogo de la materia condensada, el superconductor, es un análogo perfecto, y entendemos la dinámica de lo que sucedería en esta situación simplemente examinando lo que sucede en un superconductor y extrapolándolo a la situación en la que el material no rompe la invariancia de la relatividad de Einstein. con respecto al movimiento constante.

Esta es la respuesta correcta
La teoría de Ginzburg-Landau da una impresión de la invariancia de Lorentz/Poincaré (aunque Ī no investigó si obedece a la "verdadera" c ), pero uno debe entender que los superconductores, fundamentalmente, no son invariantes de Lorentz en ningún sentido.
@IncnisMrsi: sí, esa es la única diferencia: la superconductividad del material elige un marco de descanso, mientras que los condensados ​​relativistas no. Pero además de ser relativísticamente invariantes, son lo mismo que los condensados ​​no relativistas.

Sería una buena idea, pero en lo que respecta a la física actual (o del futuro previsible), es prácticamente imposible.

Básicamente, el mecanismo de Higgs funciona en un nivel muy fundamental. Si alguna vez vamos a ser capaces de manipularlo, tendrá que resultar que el mecanismo de Higgs (y el modelo estándar en su conjunto) no es una teoría fundamental, sino solo una consecuencia de alguna teoría aún más fundamental, que veremos . luego hay que descubrir y comprender. La cosa es que, en general, las teorías "más fundamentales" tienden a involucrar procesos que ocurren a energías cada vez más altas, lo que las hace muy difíciles incluso de observar, y mucho menos de controlar. Si lo piensas bien, necesitábamos una gran colaboración internacional (el LHC) para simplemente vercualquier consecuencia no trivial del mecanismo de Higgs. ¿Cuánto más complicado y costoso sería tener acceso a cualquier teoría que subyace al modelo estándar? Dudo que sea algo que podamos esperar ver pronto.

+1 Gracias. Soy un bebé en el bosque de la física de partículas. Sería bueno comprender un poco más cómo el campo de Higgs da masa a las cosas.
Bien, entonces agregaré algunas matemáticas a esto más adelante. (En realidad, pensándolo bien, podría hacer eso como una pregunta separada. Sorprendentemente, parece que nadie ha preguntado algo como "¿Cómo funciona el mecanismo de Higgs?" y creo que sería una buena pregunta para tener en el sitio.)
OK lo hice. Esperando las respuestas.
Gracias por esto, David, desafortunadamente muchas de las matemáticas/físicas más profundas pasan por alto, por lo que tu explicación 'ondulada a mano' era exactamente lo que estaba buscando. Supongo que siempre existe la posibilidad de que aparezca una teoría aún más fundamental en algún momento en el futuro, ya que solo necesitamos mirar un poco en el pasado antes de llegar a la etapa en la que lo que sabemos ahora se consideraría inalcanzable. . ¡Ojalá pudiera ver dónde está la ciencia en un par de cientos de años!
@David: Creo que no entiendo tu comentario de que los fotones en un material son masivos. ¿Puedes explicar? Los fotones todavía tienen una dispersión sin espacios: van más lentos que la velocidad de la luz, claro, pero eso no es realmente un fotón "masivo". Eso es solo una consecuencia de la ruptura de la simetría de Lorentz. Como dice Ron, el análogo correcto de materia condensada de un fotón masivo es la superconductividad.
@David: -1, por favor solucione el negocio masivo de fotones que señala BebobButUnsteady. La masa es una brecha de energía, no una pendiente de dispersión diferente. Los fotones no adquieren masa en materiales no superconductores precisamente debido a la invariancia de medida. No pueden volverse masivos, solo pueden ralentizarse o acelerarse (y no pueden acelerarse en demasiadas longitudes de onda, de modo que sigan siendo causales). Para obtener una masa, necesita un condensado cargado para romper la simetría que mide el fotón.
No dije que los fotones en un material sean masivos. Dije que su comportamiento en un material tiene ciertas similitudes con el comportamiento de los fotones masivos. De todos modos, lo eliminaré si te hace sentir mejor.
@Ron Maimon: ¿por qué está tan seguro de que su definición de masa es más correcta que su definición en un medio no invariable de Lorentz?
@IncnisMrsi: Me quejaba de que afirma que la propagación de fotones en un medio, donde se reduce la velocidad de la luz, es un ejemplo de hacer que la luz sea masiva. La definición de "masivo" es dispersión cuadrática con un espacio, no dispersión lineal con una velocidad de propagación alterada.
@Ron Maimon, el argumento cuadrático parece ser razonable. Una “masa” sin forma cuadrática de energía cinética ( metro v 2 / 2 ) a bajas velocidades no parece genuino.

No estoy completamente seguro, pero si el fotón tuviera masa, W + y W los bosones tendrían masas diferentes, lo que es imposible para una partícula y una antipartícula.

Si me equivoco por favor corrígeme.