一個光粒子能有多重？科學家們剛剛弄清楚了

我們對光的質(zhì)量有了新的上限。

根據(jù)對散布在銀河系中的脈沖恒星的測量和來自其他星系的神秘無線電信號，光粒子（稱為光子）的重量不會超過9.52×10^-46公斤。

這是一個很小的限制，但發(fā)現(xiàn)光有任何質(zhì)量將顯著影響我們?nèi)绾谓忉屛覀冎車挠钪?，以及我們對物理學的理解。

光子通常被描述為無質(zhì)量粒子。這些離散的能量以恒定的速度穿越時空，無法在真空中加速或減速。這種恒定速度意味著無質(zhì)量，并且沒有相反的證據(jù)。

然而，我們并不確定光子是無質(zhì)量的。

非零質(zhì)量將產(chǎn)生深遠的影響。這將與愛因斯坦的狹義相對論和麥克斯韋電磁理論，可能會導(dǎo)致新的物理學，并可能回答一些問題關(guān)于宇宙的巨大問題（盡管在此過程中籌集了更多）。

如果一個光子確實有質(zhì)量，它需要非常小，才能不會對宇宙的出現(xiàn)方式產(chǎn)生重大影響，這意味著我們只是沒有直接測量它的工具。

但是我們可以進行間接測量，這將為我們這個假設(shè)的質(zhì)量提供上限，而這正是一群天文學家所做的。

來自四川科技大學、中國科學院和南京大學的一個團隊分析了帕克斯夫婦收集的數(shù)據(jù)脈沖星時序陣列和數(shù)據(jù)快速射電暴從許多來源來確定光的質(zhì)量可能有多大。

脈沖星定時陣列是一種射電望遠鏡天線陣列，用于監(jiān)測中子星，中子星在極其精確的毫秒內(nèi)發(fā)出電磁輻射脈沖束脈沖星.快速射電暴是來源不明的極其強大的光爆發(fā)，在廣闊的星際空間鴻溝中被探測到。

研究人員檢查的屬性被稱為分散措施，脈沖星和快速射電暴的關(guān)鍵屬性之一。它是指我們和光源之間的自由電子散射了多少緊密脈沖的無線電光束。

如果光子有質(zhì)量，它們在等離子體填充的非真空空間中的傳播將受到等離子體中質(zhì)量和自由電子的影響。這將導(dǎo)致延遲時間與光子的質(zhì)量成正比。

脈沖星定時陣列尋找脈沖脈沖相對于彼此的定時延遲。特別是在超寬帶寬內(nèi)，色散效應(yīng)可以最小化，使研究人員能夠計算出假設(shè)的光子質(zhì)量可以貢獻多少延遲。

同時，對來自快速射電暴的信號進行去分散也可以揭示與光子質(zhì)量成正比的延遲。

通過仔細研究這些數(shù)據(jù)，該團隊能夠得出9.52×10的上限^-46千克（或，以等效能量計算，5.34 × 10^-10電子伏特c^-2).請注意，這并不意味著光子有質(zhì)量;它只是意味著我們有一個新的邊界，如果它存在的話，質(zhì)量可能會下降。

“這是第一次，”作者寫道，“非零光子質(zhì)量與等離子體介質(zhì)之間的相互作用已被考慮在內(nèi)，并在光子在等離子體介質(zhì)中傳播時計算出來。

它并不比測量值低多少發(fā)布于 2023 年，但這是一種改進。這意味著研究假設(shè)光子質(zhì)量影響的科學家有一個更精確的操作范圍。

天文學家說，這項研究還表明，需要高精度的射電望遠鏡。我們不太可能在短期內(nèi)稱量光子，但獲得始終如一的高質(zhì)量數(shù)據(jù)將使我們能夠進一步縮小測量范圍，以及它對我們周圍宇宙的潛在影響。

該研究已發(fā)表在天體物理學雜志.

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