Колко тежка може да бъде една частица светлина? Учените току-що го разбраха
Имаме нова горна граница за масата на светлината.
Според измерванията на пулсиращите звезди, разпръснати из Млечния път, и тайнствените радиосигнали от други галактики, една парченце светлина – позната като фотон – не може да бъде по-тежка от 9,52 × 10-46 кг.
Това е оскъдна стойност, само че откритието, че светлината въобще има някаква маса, ще окаже доста въздействие върху метода, по който тълкуваме Вселената към нас, и върху разбирането ни за физиката.
Фотоните нормално се разказват като частици без маса. Тези дискретни количества сила минават през пространство-времето с непрекъсната скорост, без да могат да се форсират или забавят във вакуума. Тази непрекъсната скорост допуска безмасовост и няма доказателства за противоположното.
Въпреки това не знаем с безспорна сигурност, че фотоните нямат никаква маса.
Една маса, друга от нулата, би имала дълбоки последствия. Тя би противоречала на специфичната доктрина на относителността на Айнщайн и на електромагнитната доктрина на Максуел, което евентуално би довело до нова физика и евентуално би дало отговор на някои съществени въпроси, свързани с Вселената (макар че в процеса на работа ще зародят още доста други).
Ако фотонът в действителност има маса, тя би трябвало да е извънредно дребна, с цел да не оказва значително въздействие върху метода, по който се появява Вселената, което значи, че просто не разполагаме с принадлежности за нейното директно премерване.
Но можем да създадем косвени измервания, които да ни дадат горната граница на тази хипотетична маса, и тъкмо това направиха група астрономи.
Екип от Университета за просвета и инженерство в Съчуан, Китайската академия на науките и Университета в Нанкин проучва данните, събрани от масива Parkes Pulsar Timing Array, и данните за бързите радиоизбухвания от редица източници, с цел да дефинира какъв брой солидна може да бъде светлината.
Апаратът за установяване на времето на пулсарите съставлява масив от антени на радиотелескопи за наблюдаване на неутронните звезди, които изпращат пулсиращи снопове електромагнитно лъчение на извънредно точни милисекундни импулси. Бързите радиоизбухвания са извънредно мощни светлинни експлоадирания с незнаен генезис, които се откриват в големите междугалактически бездни на пространството.
Свойството, което учените изследват, е известно като мярка за дисперсия – един от основните атрибути на пулсарите и бързите радиоизбухвания. Тя се отнася до това какъв брой мощно импулсен лъч радиосветлина се разсейва от свободните електрони сред нас и източника на светлина.
Ако фотоните имат маса, разпространяването им в невакуумно пространство, изпълнено с плазма, ще бъде повлияно както от масата, по този начин и от свободните електрони в плазмата. Това би довело до време на забавяне, съразмерно на масата на фотона.
Масивът за установяване на времето на пулсарите търси забавянията във времето на импулсите на пулсарите един по отношение на различен. По-конкретно в границите на свръхшироката честотна лента дисперсионните резултати могат да бъдат сведени до най-малко, което разрешава на откривателите да изчислят какъв брой закъснение може да бъде допринесено от хипотетичната маса на фотона.
Същевременно дедисперсията на сигналите от бързите радиоизбухвания също може да покаже закъснение, съразмерно на масата на фотона.
Чрез деликатно проучване на тези данни екипът е съумял да изведе горната граница от 9,52 × 10-46 кг (или, в еквивалентна сила, 5,34 × 10-10 електронни волта). Трябва да се означи, че това не значи, че фотонът има маса; това просто значи, че имаме нова граница, в която масата би могла да попадне, в случай че съществуваше.
„ За пръв път – пишат създателите – взаимоотношението сред ненулевата маса на фотона и плазмената среда е взето поради и изчислено, до момента в който фотонът се популяризира през плазмената среда “.
Това не е доста по-ниско от измерването, оповестено през 2023 година, само че е прецизирано.. Това значи, че учените, изследващи резултатите от хипотетичната маса на фотона, разполагат с по-точен диапазон, в който да работят.
Изследването също по този начин демонстрира, споделят астрономите, нуждата от високопрецизни радиотелескопи. Едва ли скоро ще успеем да претеглим един фотон, само че непрекъснатото приемане на данни с по-високо качество ще ни разреши да стесним още повече обсега на измерването, а с това и евентуалните му резултати върху Вселената към нас.
