Haben alle masselosen Teilchen (zB Photon, Graviton, Gluon) notwendigerweise die gleiche Geschwindigkeit ccc?

Ich nehme an, es gab bereits eine Diskussion über Schwerkraft und Lichtgeschwindigkeit .

Aber ich frage mich dumm, ob all die masselosen Vermittler von vier fundamentalen Kräften , dh

Graviton: g μ v (Schwere)

Photon γ : EIN μ (Elektromagnetismus)

Gluonen: EIN μ a (starke Wechselwirkungen)

Unbedingt mit der gleichen Geschwindigkeit fahren? Gibt es ein No-Go-Theorem oder einen theoretischen Beweis dafür, dass es unmöglich ist, dass diese drei Mediatoren unterschiedliche Geschwindigkeiten haben?

Oder macht QCD Confinement die Geschichte von Gluonen anders als Gravitonen und Photonen?

[ps. massiv ausgeschlossen Z 0 und W ± Bosonen (schwache Wechselwirkungen)]

Anders gesagt: Geschwindigkeit von Photon, Graviton, Gluon, alle gleich c ? oder Ob alle masselosen Teilchen notwendigerweise die gleiche Geschwindigkeit haben?

Hinweis hinzufügen: Beachten Sie jedoch, dass es in kondensierten Materiesystemen auftauchende Eichfelder und auftauchende masselose Teilchen (Dirac- oder Weyl-Kegel) geben kann, aber ihre Geschwindigkeiten müssen nicht gleich sein, es sei denn, es gibt eine auftauchende Symmetrie ...

Liegt es nicht an der Geometrie der Raumzeit?
Können wir eine bimetrische Gravitation mit beispielsweise Photonen und Gravitonen haben, die an verschiedene Metriken gekoppelt sind?
@hwlau: kannst du deutlicher werden? Eigentlich frage ich mich jetzt, ob ein Schema darin besteht, dass die SUSY-Vereinigung auf Eichkopplungen von U(1)xSU(2)xSU(3) und Schwerkraft auf der GUT-Skala 10^16 GeV impliziert, dass die Vermittler aller Kräfte die haben müssen gleichen Ursprungs, also muss die Geschwindigkeit masseloser Teilchen gleich sein? Was kann eine theoretische Einschränkung sein? oder No-Go-Theorem?
p.s. Wenn c g r a v ich t j , c p h Ö t Ö n und c g l u Ö n unterschiedlich sind, können wir uns vorstellen, dass es grundlegendere Konstanten gibt, und HEP-Leute hassen es, dies zu sehen.
Es gab eine Theorie, die unterschiedliche Grenzgeschwindigkeiten für jedes Teilchen vorhersagte, aber ich kann die Referenz finden.
Die Lichtgeschwindigkeit ist ein Postulat. Das bedeutet, dass es nur eine Regel ist, die niemand versteht. Ein echter Fortschritt – wahre Vereinigung – würde zeigen, dass die Geschwindigkeit eines Photons die gleiche ist wie die eines Gravitons, weil sie beide „dasselbe“ sind – Postulat nicht erforderlich.

Antworten (4)

Wenn grundlegende Symmetrie- und Homogenitätsannahmen über das Universum gelten, dann ja, alle masselosen realen Teilchen (siehe Antwort von Anna V für virtuelle Teilchen) müssen sich mit einer universellen Konstante fortbewegen c , die Geschwindigkeit eines masselosen Teilchens, in allen Bezugsrahmen.

Ausgehend von diesen grundlegenden Symmetrie- und Homogenitätsannahmen kann man die möglichen Koordinatentransformationen für die Relativität von Inertialsystemen ableiten: siehe Abschnitt "From Group Postulates" auf der Wikipedia-Seite "Lorentz Transformation" . (Siehe auch meine Zusammenfassung hier ). Die Galileische Relativitätstheorie stimmt mit diesen Annahmen überein, aber nicht ausschließlich: Die andere Möglichkeit ist, dass es eine gewisse Geschwindigkeit gibt c Relativitätstheorie so charakterisieren c ist gleich, wenn es von allen Bezugsrahmen aus gemessen wird. Zeitdilatation, Lorentz-Fitzgerald-Kontraktion und die Unmöglichkeit, ein massives Teilchen zu beschleunigen c sind alles einfache Konsequenzen dieser anderen möglichen Relativitäten.

Jetzt wird es also zu einer experimentellen Frage, welche Relativitätstheorie gilt: Galileische oder Lorentz-Transformation? Und das Experiment wird beantwortet, indem getestet wird, wie sich Geschwindigkeiten zwischen Trägheitsrahmen verändern . Anders ausgedrückt lautet die experimentelle Frage: Gibt es Geschwindigkeiten, die für alle Trägheitsbeobachter gleich sind? . Die Frage ist nicht, die Werte irgendeiner Geschwindigkeit zu messen, sondern wie sie sich transformieren. Jetzt kennen wir natürlich die Antwort: Das Michelson-Morley-Experiment fand eine solche Geschwindigkeit, die Lichtgeschwindigkeit. Hier gibt es also zwei Schlussfolgerungen: (1) Die Relativität von Inertialsystemen ist lorentzsch, nicht galileisch (was als Lorentz-Transformation mit unendlich angesehen werden kann c ) und (2) Licht ist ein masseloses Teilchen, weil beobachtet wird, dass sich Licht mit dieser Geschwindigkeit bewegt, die sich auf diese besondere Weise umwandelt.

Beachten Sie, dass wir zu Beginn dieses Arguments nichts über Teilchen oder ein bestimmtes physikalisches Phänomen erwähnen (obwohl die historischen Wurzeln der speziellen Relativitätstheorie im Licht lagen). Daraus folgt, wenn c experimentell als endlich beobachtet wird (dh die Galileische Relativitätstheorie gilt nicht), dann ist die speziell invariante Geschwindigkeit einzigartig: Sie kann nur von masselosen Teilchen erreicht werden, und es kann nicht mehr als ein solches geben c - Die Lorentz-Gesetze sind, was sie sind, und sie sind die einzigen, die mit unseren anfänglichen Symmetrie- und Homogenitätsannahmen übereinstimmen. Wenn wir also beobachten, wie sich zwei verschiedene Geschwindigkeiten umwandeln c , würde dies unsere grundlegenden Symmetrie- und Homogenitätsannahmen über die Welt verfälschen. Kein Experiment gibt uns Anlass dazu.

Deshalb haben alle masselosen Teilchen die gleiche Geschwindigkeit c .

Update: Experimentelle Ergebnisse

Wie inzwischen allgemein bekannt ist, liefern das Gravitationswellenereignis GW170817 und der Gammastrahlenausbruch GRB170817A starke experimentelle Beweise für die Gleichheit von Licht- und Gravitationsgeschwindigkeit. Wie besprochen in:

Gravitationswellen und Gammastrahlen aus einer binären Neutronensternverschmelzung: GW170817 und GRB 170817A

Die Zeitverzögerung von 1,7 Sekunden zwischen der Ankunft der Gravitationswelle und dem Gammastrahlenausbruch ergibt zusammen mit konservativen Annahmen über andere Verzögerungsquellen eine experimentelle Grenze für den Bruchteil der Differenz zwischen der Lichtgeschwindigkeit und der Gravitationsgeschwindigkeit:

v g − v e m c ≤ 3 × 10 − fünfzehn

eine beeindruckende experimentelle Grenze in der Tat. Innerhalb der nächsten 10 Jahre werden wir wahrscheinlich mehrere solcher Ereignisse sehen, und somit wird sich diese experimentelle Grenze weiter verschärfen (es sei denn, etwas wirklich theoretisch Unvorhergesehenes passiert!).

Masse aus eingeschlossenen masselosen Teilchen

Wenn wir übrigens masselose Teilchen einschließen, zB Licht in einen perfekt reflektierenden Kasten stecken, erhöht sich die Trägheit des Kastens um E / c 2 , wo E ist der Energiegehalt. Dies ist der Mechanismus für den größten Teil der Masse Ihres Körpers: Masselose Gluonen sind eingeschlossen und werden die ganze Zeit hin und her beschleunigt, so dass sie eine Trägheit haben, genau wie das eingeschlossene Licht in einer Kiste. Ebenso kann man sich ein Elektron als zwei masselose Teilchen vorstellen, die durch einen Kopplungsterm, der die Masse des Elektrons ist, miteinander verbunden sind. Die Dirac- und Maxwell-Gleichungen können in derselben Form geschrieben werden: Die links- und rechtszirkular polarisierten Lichtkomponenten werden entkoppelt und bewegen sich daher bei c , aber die masselosen linken und rechten kreisförmigen Komponenten des Elektrons sind miteinander verbunden. Dies erzeugt das Phänomen der Zitterbewegung - wodurch ein Elektron als zu jedem Zeitpunkt beobachtbar als reisend angesehen werden kann c , aber es oszilliert schnell zwischen links- und rechtshändigen Zuständen hin und her und ist somit auf einen Ort beschränkt. Daher nimmt es Masse an, genau wie das "angebundene" Licht in der Box.

Ich mag Ihre Antwort zum Ursprung der Ruhemasse, wenn ich es so sagen darf. Haben Sie einige Referenzen, die näher darauf eingehen? Ich fand es schon immer merkwürdig, dass es zwei Ursprünge der Trägheit geben sollte; das hier besprochene und das Higgs-Feld. Oder gibt es eine Perspektive, die mir fehlt, unter der dies zwei verschiedene Sichtweisen auf denselben Mechanismus sind?
@EelcoHoogendoorn Danke: So wie ich es verstehe (ich bin kein Teilchenphysiker), kann der Higgs-Mechanismus auch als Kopplung zwischen den schwachen Bosonen und dem Higgs-Feld verstanden werden. Wenn Sie eine Kopie von Penroses "Road to Reality" finden können, sehen Sie sich an, wie er die Zitterbewegung des Elektrons beschrieb. Die Kopplung, die verhindert, dass die schwachen Bosonen mit Lichtgeschwindigkeit abreißen, ist die Ruhemasse. Der Ursprung der Ruhemasse in der Art und Weise, wie ich sie beschreibe, ist eine alte Idee: Sie geht direkt auf Einstein zurück E = m c 2 Papier ....
@EelcoHoogendoorn .... "Hängt die Trägheit eines Körpers von seinem Energiegehalt ab?" . Ich nehme diese Art von Idee hier auf
Recht. Ich sehe, wie bindende Energie zu Masse führt, und wie dies schön allen relativistischen Vorstellungen gehorcht. Dies folgt einfach aus zwei durch ein retardiertes Potential gebundenen Teilchen. Dies hat mir immer stark nahegelegt, dass die Ruhemasse angeblicher Elementarteilchen auch auf die Bindung einer Substruktur zurückzuführen sein könnte. Der Standardgegensatz dazu ist, dass eine solche Unterstruktur nicht existiert und Higgs benötigt wird. Sie sagen, dass die Bindung zwischen den Komponenten der Zitterbewegung die Masse des Elektrons erklären würde. Sind das nur unterschiedliche Perspektiven, oder sollte an diesen Nobel erinnert werden?

Anders gesagt: Geschwindigkeit von Photon, Graviton, Gluon, alle gleich c? oder Ob alle masselosen Teilchen notwendigerweise die gleiche Geschwindigkeit haben?

Sie müssen nicht in das Konzept eines virtuellen Teilchens eingeführt worden sein :

In der Physik ist ein virtuelles Teilchen eine vorübergehende Fluktuation, die viele Eigenschaften eines gewöhnlichen Teilchens aufweist, aber nur für eine begrenzte Zeit existiert. Das Konzept virtueller Teilchen entsteht in der Störungstheorie der Quantenfeldtheorie, wo Wechselwirkungen zwischen gewöhnlichen Teilchen als Austausch virtueller Teilchen beschrieben werden. Jeder Prozess, an dem virtuelle Partikel beteiligt sind, lässt eine schematische Darstellung zu, die als Feynman-Diagramm bekannt ist, in der virtuelle Partikel durch interne Linien dargestellt werden.

Ein virtuelles Teilchen ist eine interne Linie in einem Feynman-Diagramm, das die Propagator-Mathematik darstellt, die ersetzt werden muss, um das für die Berechnung messbarer Größen erforderliche Integral zu erhalten. Virtuelle Teilchen haben die Quantenzahlen ihrer gleichnamigen (gleichnamigen) Teilchen außer der Masse. Die Masse ist aus der Schale.

Es ist also eine allgemeine Regel, dass sich masselose Teilchen mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen, aber nur, wenn sie sich in äußeren Linien in Feynman-Diagrammen befinden. Dies gilt für Photonen, und wir dachten, es sei für Neutrinos wahr, wurden aber bei Neutrino-Oszillationen als falsch erwiesen .

Gluonen hingegen finden wir nur innerhalb eines Kerns, und diese sind per Definition interne Linien in Feynman-Diagrammen und müssen daher nicht gezwungen werden, eine Masse von 0 zu haben, obwohl sie dies in der Theorie tun sollten. Im asymptotisch freien Fall sollten sie bei sehr hohen Energien eine Masse von Null aufweisen.

Das Pfadintegral von physikalischen Feldern und virtuellen Teilchen ... Ich habe das Gefühl, dass es ein bisschen so ist, als würden wir die Exponentialfunktion betrachten e x , machen Sie eine maßgeschneiderte Erweiterung um π bis zweiter Ordnung und absorbieren einen Gesamtfaktor e − π / 2 weil es nicht physisch nachweisbar ist. Wir enden mit e x   = irgendwie   2 + π 2 − 2 π ( 1 + x ) + x ( 2 + x ) . Wir absorbieren die Konstante und parametrieren neu e x ≡ x + 1 um die schöne Symmetrie unseres Systems hervorzuheben − 2 π   e x + ( e x − 1 ) ( e x + 1 ) . Wir nennen e x die "Erweiterung" und es wird großartige Gegenbeispiele für andere Dinge liefern.
Ich denke, Nicks Kommentar ist ein ernstes Problem. Zumindest in der QED scheint diese störende Berechnung (schwache Kopplung) zumindest für eine Weile sinnvoll zu sein. Die Reihe ist jedoch asymptotisch. Bei QCD haben wir ein noch größeres Problem mit starker Kopplung. Obwohl die Mathematik nützlich ist und darauf hindeutet, dass es virtuelle Teilchen gibt, denke ich, dass der onotlogische Status solcher Objekte nicht wirklich festgestellt wurde. Sind sie physikalisch oder nur ein Artefakt der perturbativen Technik?
@KevinDriscoll Nun, wenn Gluonen wirklich aus dem Kern geschmissen werden, erzeugen sie Jets, also scheint mir ihre Realität durch Experimente gestützt zu sein. cerncourier.com/cws/article/cern/29201
@NickKidman Ich denke, der Unterschied zu deinem Beispiel liegt in den Quantenzahlen. Die virtuellen Teilchen sind keine willkürlichen Funktionen, sie tragen die Quantenzahlerhaltungen und der Pol/Propagator, der sie darstellt, hat den Massenschalenwert, außer dass die Dinge in den inneren Linien imaginär sind.
@annav: Bedeuten Sie, dass die Erweiterungen willkürlich sind? Während x mag wie eine Zufallsvariable erscheinen, nur die Erweiterungen lassen uns die Quadratederdichte untersuchen L ∗ [ e x ] := ( e x − 1 ) ( e x + 1 ) . Beachten Sie, dass dieses rein algebraische (=geometrische) Objekt invariant ist unter e x ↦ − w a u ⋅ e x , (Ref. 17) . Tatsächlich ist die Symmetriegruppe isomorph zur Galois-Gruppe, die entsteht, wenn man von dem einzigartigen archimedischen, vollständig, vollständig geordneten Feld zu seiner algebraischen Schließung übergeht (Ref. 32) .
@NickKidman Ich sage nur, dass es eine Verbindung mit Daten geben sollte. Es könnte unendlich viele mathematische Konstrukte geben, aber können sie die Daten modellieren?
Unendlich viele können das, aber darum geht es nicht. Ich denke nur, wir würden das Gespräch nicht führen, wenn virtuelle Teilchen nicht so genannt würden, wie sie heißen. Ich nehme an, dass OP fragt, ob alle physikalischen Phänomene, ausgedrückt in mikroskopischen Begriffen, gleich schnell sind, wenn sie stattfinden. Dass sie in der Theorie repräsentiert sind, sagen wir mit Impulsen, die auch ähnliche Größen in einem Rechenprozess verwendet hat, wo diese neuen Größen ins Unendliche explodieren, das hat per se nichts mit den Daten zu tun. Außerirdische, die unsere Methoden nie anwenden mussten, könnten zB mit Nein antworten.
@annav Ich habe nicht versucht, die Existenz echter Gluonen zu bezweifeln. Ich habe mich gefragt, ob die virtuellen Partikel, die wir zum Zeichnen interner Linien in Feynman-Diagrammen verwenden, den gleichen ontologischen Status wie externe Linien haben. Für mich ist ein „virtuelles Teilchen“ ein unglücklicher Begriff. Ich denke, sie sind überhaupt keine Teilchen, sondern nur vorübergehende Bündel eines Feldes, das wir dank der Struktur unserer Störungstechnik als Teilchen betrachten.
@KevinDriscoll Nun, das sind die Werkzeuge, die wir haben. Im Propagator-Bild, wo das virtuelle Teilchen ein Pol ist, wenn es sich auf der Masseschale befindet, ist die Masseschale eine einschränkende Bedingung, es gibt eine Kontinuität im Formalismus, das Teilchen wird "real", weil es nicht nur die Quantenzahlen hat sondern auch die Masse, oder sehr sehr nah an der Masse sein
"Die Masse ist aus der Schale". Was bedeutet das?
Die Massenschale ist der Ort, an dem m^2=E^2-p^2 (c angenommen =1) im Viererraum des Energieimpulses ist.

Es ist nicht schwer, sich ein Spielzeuguniversum vorzustellen, in dem sich verschiedene Grundkräfte mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausbreiten. Eine notwendige Folge davon wären jedoch Verletzungen der Lorentz-Symmetrie und die Fähigkeit, einen bevorzugten Ruherahmen zu triangulieren.

Obwohl ich keinen theoretischen Grund sehe, warum diese Geschwindigkeiten gleich sein müssen (ich könnte etwas vermissen, vielleicht erfordern es einige Stabilitätsargumente), gibt es empirisch nicht viel Raum für unterschiedliche Geschwindigkeiten.

Das gleiche dachte ich auch lange. Ich habe mich gefragt, warum Gluonen nicht mit einer Geschwindigkeit von aus dem Kern fliegen c . Der Unterschied besteht darin, dass Photonen nicht mit anderen Photonen und Gravitonen nicht mit anderen Gravitonen interagieren. Sie können sich bewegen und durcheinander gehen. Andererseits interagieren Gluonen miteinander.

Tatsächlich bilden Gluonen Ketten/Flussröhren, was ein Grund dafür ist, warum Quarks eingeschlossen sind . Gluonen reisen an c aber nicht sehr weit, bevor sie mit anderen Quarks oder Gluonen interagieren, was sie daran hindert, sich nennenswert weit zu bewegen.

nein. das ist nicht wahr? Gravitonen interagieren mit Gravitonen. Schwerkraft sind schlecht nicht renormierbar.
@Idear Ich bin mir ziemlich sicher, dass sich Gravitonen in Diagrammen mit einer Schleife normal verhalten und nicht sehr stark miteinander interagieren, wenn sie interagieren. Die starke Kraft hingegen ist in Wechselwirkung um viele Größenordnungen stärker.
Danke Brandon. Was Sie ansprechen, ist nicht genau das, wonach ich gefragt habe. Ich frage mich, ob es kein Go-Theorem gibt, um zu verhindern, dass die Geschwindigkeiten masseloser Teilchen unterschiedlich sind. Vielleicht, wenn die Geschwindigkeit von Eins am größten ist, sagen wir c_1 >c_2 >c_3> .... Dann kann nur c_1 als masselos definiert werden?
@Idear Graviton-bezogene Interaktionsfrage physical.stackexchange.com/questions/8112/…
@Idear John Rennie spricht hier auch die Ausbreitungsgeschwindigkeit starker Kräfte über Gluonen und Mesonen an: physical.stackexchange.com/questions/57137/…
Ich denke, der Geist der Frage besteht darin, die Geschwindigkeit zu betrachten, mit der sich ein freies Gluon ausbreiten würde. Diese Geschwindigkeit ist die Lichtgeschwindigkeit. Beispielsweise muss sich ein Elektron nicht mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen, und seine Masse gibt eine zweite Geschwindigkeitsskala an. Ein masseloses Teilchen hat diese zweite Geschwindigkeitsskala jedoch nicht. Ist es möglich, dass eine lorentz-invariante QFT masselose Teilchen hat, die sich nicht mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, wenn Wechselwirkungen ausgeschaltet sind? Ich würde nicht denken, weil es keine Möglichkeit gibt, eine zweite Geschwindigkeitsskala zu bekommen.
Haben alle masselosen Teilchen (zB Photon, Graviton, Gluon) notwendigerweise die gleiche Geschwindigkeit ccc?
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