Was wäre, wenn wir Photonen etwas Masse geben könnten?

Ich habe einen Artikel gelesen und diese Absätze haben mich gefragt ...

Bevor ich die Antworten aufzähle, hier ein paar Hintergrundinformationen. Der Higgs-Mechanismus beschreibt ein unsichtbares Feld, das angeblich kurz nach der Geburt des Universums eine Kraft in zwei spaltete. Insbesondere wurde eine uralte „elektroschwache“ Kraft in die elektromagnetischen und schwachen Kräfte unterteilt, die wir heute am Werk sehen. Letzteres wird bei einigen radioaktiven Zerfallsprozessen beobachtet und ist an der Erzeugung von Sonnenschein beteiligt.

Das Higgs-Feld spaltet die elektroschwache Kraft, indem es den Teilchen, die die schwache Kraft tragen (die W- und Z-Bosonen), Masse verleiht und das Teilchen, das die elektromagnetische Kraft trägt (das Photon), masselos lässt. Das Higgs-Boson ist das Quantenteilchen, das dem Higgs-Feld zugeordnet ist.

Was ich mich frage, ist ... kann jemand eine Vermutung wagen, dass Menschen irgendwann in der Zukunft in der Lage sein werden, den Higgs-Mechanismus zu manipulieren, um Photonen eine Art Masse zu verleihen? Ich denke, sie konnten offensichtlich nicht mehr mit Lichtgeschwindigkeit fahren, also könnten wir "langsames Licht" machen?

Er erwähnt, dass er Fotos eine Art Masse gibt und das Licht langsamer wird. Ist das nicht in diesem kürzlichen Experiment passiert? phys.org/news/2013-09-scientists-never-before-seen.html
Hier ist ein weniger exotisches Beispiel für Photonen mit effektiver Masse: Effektive Masse des Photons im Plasma

Antworten (3)

Wir können dies bereits in Materialien tun --- es wird "Supraleitung" genannt. Das Phänomen der Photonen wurde vor dem Phänomen der schwachen Wechselwirkung verstanden, und die Beschreibung der Supraleitung durch Landau und das Modell von Bardeen Cooper Schriefer für gepaarte Fermionkondensate war die Inspiration für Nambus Idee des Fermion-Vakuumkondensats und für Brout und Englerts spätere Point- Partikelsupraleitender Higgs-Mechanismus.

Photonen werden in einem Supraleiter nicht langsamer, sie bewegen sich überhaupt nicht. Supraleiter haben überhaupt keine Photonenanregungen, und wenn Sie ein elektrisches und magnetisches Feld im Supraleiter haben, das versucht, sich auszubreiten, zerfallen die Felder exponentiell.

Dass wir das im Vakuum nicht können, ist sicher, denn wir wissen, dass alle Felder um uns herum stabil sind. Um das Feld instabil zu machen, müssen wir die Fundamentalkonstanten so verändern, dass ein geladenes Feld ein supraleitendes Kondensat bildet. Um die Konstanten zu verändern, bräuchten wir eine bestimmte Energiedichte pro Volumeneinheit, die technisch praktisch unendlich sein wird.

Aber das Analogon der kondensierten Materie, der Supraleiter, ist ein perfektes Analogon, und wir verstehen die Dynamik dessen, was in dieser Situation passieren würde, indem wir einfach untersuchen, was in einem Supraleiter passiert, und auf die Situation extrapolieren, in der das Material Einsteins Relativitätsinvarianz nicht bricht in Bezug auf die ständige Bewegung.

Dies ist die richtige Antwort
Die Ginzburg-Landau-Theorie vermittelt einen Eindruck von der Lorentz/Poincaré-Invarianz (obwohl Ī nicht untersucht hat, ob sie dem „wahren“ c gehorcht ), aber man sollte verstehen, dass Supraleiter grundsätzlich in keiner Weise Lorentz-invariant sind.
@IncnisMrsi: Ja, das ist der einzige Unterschied - die materielle Supraleitung wählt einen Ruherahmen aus, während relativistische Kondensate dies nicht tun. Aber abgesehen davon, dass sie relativistisch invariant sind, sind sie genauso wie nichtrelativistische Kondensate.

Es wäre eine nette Idee, aber was die aktuelle (oder absehbare Zukunft) Physik betrifft, ist es so gut wie unmöglich.

Grundsätzlich funktioniert der Higgs-Mechanismus auf einer sehr grundlegenden Ebene. Wenn wir es jemals manipulieren können, muss sich herausstellen, dass der Higgs-Mechanismus (und das Standardmodell insgesamt) keine grundlegende Theorie ist, sondern nur eine Folge einer noch grundlegenderen Theorie, was wir tun werden dann muss man es entdecken und verstehen. Die Sache ist im Allgemeinen, dass „fundamentalere“ Theorien dazu neigen, Prozesse zu beinhalten, die bei immer höheren und höheren Energien ablaufen, was es sehr schwer macht, sie überhaupt zu beobachten, geschweige denn zu kontrollieren. Wenn Sie darüber nachdenken, brauchten wir eine große internationale Zusammenarbeit (den LHC), um es einfach zu sehenjede nichttriviale Folge des Higgs-Mechanismus. Wie viel komplizierter und teurer wäre es, Zugang zu der Theorie zu erhalten, die dem Standardmodell zugrunde liegt? Ich bezweifle, dass wir damit in absehbarer Zeit rechnen können.

+1 Danke. Ich bin ein Baby im Wald der Teilchenphysik. Es wäre schön, etwas mehr Verständnis dafür zu bekommen, wie das Higgs-Feld den Dingen Masse verleiht.
OK, dann werde ich später etwas Mathematik hinzufügen. (Eigentlich könnte man das bei näherer Überlegung als separate Frage stellen. Überraschenderweise scheint es, als hätte noch niemand etwas in der Art von „Wie funktioniert der Higgs-Mechanismus?“ Gefragt, und ich denke, das wäre eine gute Frage auf der Website haben.)
Ok, hab ich gemacht. Ich freue mich auf die Antworten.
Danke dafür, David, leider geht mir viel von der tieferen Physik/Mathematik über den Kopf, also war deine 'handgewellte' Erklärung ziemlich genau das, wonach ich gesucht habe! Ich schätze, es besteht immer die Möglichkeit, dass irgendwann in der Zukunft eine noch grundlegendere Theorie auftaucht, da wir nur kurz in die Vergangenheit blicken müssen, bevor wir zu dem Punkt kommen, an dem das, was wir jetzt wissen, als unerreichbar angesehen wird . Ich wünschte, ich könnte sehen, wo die Wissenschaft in ein paar hundert Jahren steht!
@ David: Ich glaube nicht, dass ich Ihren Kommentar verstehe, dass Photonen in einem Material massiv sind. Können Sie erklären? Die Photonen haben immer noch eine lückenlose Streuung - sie bewegen sich zwar langsamer als die Lichtgeschwindigkeit, aber das ist nicht wirklich ein "massives" Photon. Das ist nur eine Folge des Brechens der Lorentz-Symmetrie. Wie Ron sagt, ist die Supraleitung das korrekte Analogon eines massiven Photons in kondensierter Materie.
@ David: -1, bitte beheben Sie das massive Photonengeschäft, auf das BebobButUnsteady hinweist. Masse ist eine Energielücke, keine andere Dispersionssteigung. Photonen bekommen in nicht-supraleitenden Materialien gerade wegen der Eichinvarianz keine Masse. Sie können nicht massiv werden, sie können nur langsamer oder schneller werden (und sie können nicht für zu viele Wellenlängen beschleunigen, damit sie kausal bleiben). Um eine Masse zu erhalten, benötigen Sie ein geladenes Kondensat, um die Symmetrie zu brechen, die das Photon misst.
Ich habe nicht gesagt, dass Photonen in einem Material massiv sind. Ich sagte, dass ihr Verhalten in einem Material gewisse Ähnlichkeiten mit dem Verhalten massiver Photonen aufweist. Wie auch immer, ich werde es löschen, wenn du dich dadurch besser fühlst.
@Ron Maimon: Warum sind Sie sich so sicher, dass Ihre Definition von Masse korrekter ist als seine Definition in einem nicht-Lorentz-invarianten Medium?
@IncnisMrsi: Ich habe mich darüber beschwert, dass er behauptet, dass die Photonenausbreitung in einem Medium, in dem die Lichtgeschwindigkeit reduziert ist, ein Beispiel dafür ist, wie man Licht massiv macht. Die Definition von "massiv" ist eine quadratische Dispersion mit einer Lücke, nicht eine lineare Dispersion mit einer veränderten Ausbreitungsgeschwindigkeit.
@Ron Maimon das quadratische Argument scheint vernünftig zu sein. Eine „Masse“ ohne kinetische Energie quadratische Form ( M v 2 / 2 ) bei niedrigen Geschwindigkeiten sieht nicht echt aus.

Ich bin mir nicht ganz sicher, aber wenn Photon Masse hätte, W + Und W − Bosonen hätten unterschiedliche Massen, was für ein Teilchen und ein Antiteilchen unmöglich ist.

Wenn ich falsch liege, korrigiere mich bitte.

Was wäre, wenn wir Photonen etwas Masse geben könnten?
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