Qual é o peso de uma partícula de luz? Os cientistas acabaram de descobrir: ScienceAlert

Temos um novo limite superior para a massa da luz.

De acordo com medições de pulsares espalhados pela Via Láctea e misteriosos sinais de rádio de outras galáxias, uma partícula de luz – chamada fóton – não pode ser mais pesada que 9,52 x 10^-46 Kg.

É um limite pequeno, mas descobrir que a luz tem alguma massa terá um grande impacto na forma como interpretamos o universo que nos rodeia e na nossa compreensão da física.

Os fótons são geralmente descritos como partículas sem massa. esses Quantidades discretas de energia Eles correm pelo espaço-tempo a uma velocidade constante, incapazes de acelerar ou desacelerar no vácuo. Esta velocidade constante significa que não há massa e não há evidência em contrário.

No entanto, não sabemos ao certo se os fótons não têm massa.

Uma massa diferente de zero terá implicações profundas. Isso contradiria a relatividade especial de Einstein, e Teoria eletromagnética de MaxwellIsso pode levar a uma nova física e responder a algumas questões gigantescas sobre o universo (embora levante muitas outras questões no processo).

Se um fóton tivesse massa, teria que ser muito pequeno para ter efeitos importantes na aparência do universo, o que significa que não temos as ferramentas para medi-lo diretamente.

Mas podemos fazer medições indiretas que nos darão um limite superior para esta massa hipotética, e foi exatamente isso que um grupo de astrónomos fez.

Uma equipe da Universidade de Ciência e Engenharia de Sichuan, da Academia Chinesa de Ciências e da Universidade de Nanjing analisou dados coletados pelo Parkes Pulsar Timing Array e dados sobre rajadas rápidas de rádio de diversas fontes para determinar a massa da luz.

O Pulsar Timing Array é um conjunto de antenas de radiotelescópio para observação de estrelas de nêutrons que emitem feixes pulsantes de radiação eletromagnética em pulsares extremamente pequenos, da ordem de milissegundos. Explosões rápidas de rádio são explosões de luz extremamente poderosas de origem desconhecida que são detectadas em vastos golfos do espaço.

A propriedade que os pesquisadores examinaram é conhecida como Medir dispersãoÉ uma das principais características dos pulsares e das rajadas rápidas de rádio. Refere-se à quantidade de feixe de luz de rádio fortemente pulsado espalhado por elétrons livres entre nós e a fonte de luz.

Se os fótons tiverem massa, sua propagação através do espaço sem vácuo povoado por plasma será afetada tanto pela massa quanto pelos elétrons livres no plasma. Isso levaria a um atraso de tempo proporcional à massa do fóton.

A matriz de temporização do pulsar procura atrasos no tempo dos pulsares em relação uns aos outros. Os efeitos de dispersão podem ser reduzidos, especialmente na largura de banda ultralarga, permitindo aos pesquisadores calcular quanto atraso uma massa de fóton virtual pode contribuir.

Enquanto isso, remover a dispersão de sinais de rajadas rápidas de rádio também pode revelar um atraso proporcional à massa do fóton.

Ao estudar cuidadosamente esses dados, a equipe conseguiu extrair um limite superior de 9,52 x 10^-46 quilograma (ou energia equivalente 5,34 x 10^-10 Elétron-volt C^-2). Observe que isso não significa que o fóton tenha massa; Significa apenas que temos um novo limite até o qual a massa pode diminuir, se existir.

“esta é a primeira vez,” Os autores escrevem“A interação entre uma massa de fóton diferente de zero e o meio de plasma foi levada em consideração e contabilizada à medida que o fóton se propaga através do meio de plasma.”

Não é muito menos que a medida Lançado em 2023Pelo contrário, é uma melhoria. Isto significa que os cientistas que estudam os efeitos da massa do fóton virtual têm um alcance mais preciso para trabalhar.

O estudo também mostra, dizem os astrônomos, a necessidade de radiotelescópios de alta resolução. É improvável que consigamos pesar um fotão tão cedo, mas a obtenção de dados consistentemente de alta qualidade permitir-nos-á restringir ainda mais o intervalo de medição e, com ele, os seus efeitos potenciais no universo que nos rodeia.

A pesquisa foi publicada em Jornal Astrofísico.