Partículas sin masa

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Las partículas sin masa ( luxones [1] ) son partículas cuya masa es cero. Siempre moviéndose a la velocidad de la luz. Capaz de cambiar su dirección de movimiento , energía e impulso (por ejemplo, un fotón en un campo gravitacional). No tienen análogo en la mecánica no relativista. [2]

Propiedades

Cualquier partícula sin masa sólo puede moverse a la velocidad de la luz . Esto se deriva del hecho de que, según las fórmulas de la teoría de la relatividad, para la energía y el momento , la velocidad de una partícula está determinada por su momento , masa y velocidad de la luz por la relación , donde es la energía de la partícula. En el caso de una partícula sin masa , entonces y , de la ecuación obtenemos . [2] Tal partícula no puede estar en reposo: puede nacer (irradiarse), moverse a la velocidad de la luz y luego destruirse (absorberse). $E={\frac {mc^{2}}{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}$ $p={\frac {mv}{{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}}$ $v$ $pags$ $metro$ $C$ $v={\frac{pc^{{2}}}{E}}$ $E=c{\raíz cuadrada {p^{{2}}+m^{{2}}c^{{2}}}}$ $metro=0$ $E=c\mid p\mid$ $v={\frac{pc^{{2}}}{E}}$ $\mid v\mid =c$

Cualquier partícula que se mueva a la velocidad de la luz solo puede ser sin masa. Esto se sigue de la fórmula . En el caso obtenemos y, de la ecuación obtenemos . [2] $v={\frac{pc^{{2}}}{E}}$ ${\ estilo de visualización v = c}$ $E=c\mid p\mid$ $E=c{\raíz cuadrada {p^{{2}}+m^{{2}}c^{{2}}}}$ $metro=0$

Las partículas sin masa se describen mediante representaciones irreducibles del grupo de Poincaré . De ello se deduce que no pueden estar en un estado de energía cero. [3] También se deduce de esto que los valores del espín de las partículas sin masa solo pueden ser enteros o semienteros. [cuatro]

El término "sin masa" no refleja con precisión la naturaleza de tal partícula. De acuerdo con el principio de equivalencia de masa y energía , una partícula sin masa con energía transfiere su masa equivalente , que no está relacionada con su masa cero en reposo. La masa de un sistema físico que emite una partícula sin masa en el momento de la emisión disminuye según el valor , y la masa del sistema físico que ha absorbido la partícula sin masa aumenta según el valor en el momento de la absorción . Debido al principio de equivalencia de masa inercial y gravitacional , todas las partículas sin masa participan en la interacción gravitatoria [5] . Las manifestaciones observadas experimentalmente de la interacción gravitacional para partículas sin masa son el cambio en su energía ( corrimiento al rojo gravitacional ) y la dirección de propagación ( desviación gravitatoria de la luz ) en un campo gravitacional. $mi$ $m={\frac{E}{c^{2}}}={\frac{p}{c}}$ $metro$ $metro$

Las partículas sin masa tienen una helicidad de cantidad invariante de Lorentz conservada especial . La helicidad es la proyección del giro de una partícula sobre su impulso . [6] [7] Si un campo sin masa irreducible viene dado por una representación del grupo de Lorentz , entonces sus cuantos son partículas helicidadas sin masa ( teorema de helicidad de Weinberg ). [ocho] $(j_{{1}},j_{{2}})$ $\lambda =j_{{1}}-j_{{2}}$

Una de las diferencias importantes entre partículas masivas y sin masa con espín es que las partículas masivas con espín tienen estados de polarización , mientras que para una partícula sin masa con espín solo son posibles dos estados de polarización , que son su helicidad. [7] $j$ $2j+1$ $-j,-j+1,...,j-1,j$ $j$ $-j,j$

Para todas las partículas sin masa, el concepto de paridad intrínseca no existe. [9]

Para partículas sin masa con espín distinto de cero, el concepto de momento angular orbital no existe. [diez]

La explicación de la ausencia de partículas sin masa con espín cero en la naturaleza es un problema no resuelto de la física teórica. [7]

La velocidad de las partículas virtuales, incluidas las sin masa, no tiene significado físico. Esto se sigue del hecho de que la velocidad de una partícula está determinada por su cantidad de movimiento , energía y la velocidad de la luz por la relación . [2] Por ejemplo, para fotones virtuales intercambiados entre un protón y un electrón en un átomo de hidrógeno, cantidad de movimiento , energía . Cuando estos valores se sustituyen en la fórmula de la velocidad, se obtiene un valor infinitamente grande. $v$ $pags$ $mi$ $C$ $v={\frac{pc^{{2}}}{E}}$ $p>0$ $mi=0$ $v={\frac{pc^{{2}}}{E}}$

La masa de partículas virtuales, incluidas las sin masa, no tiene significado físico. Esto se sigue de la relación entre masa , energía , cantidad de movimiento y velocidad de la luz . [11] Por ejemplo, para fotones virtuales intercambiados entre un protón y un electrón en un átomo de hidrógeno, cantidad de movimiento , energía . Cuando estos valores se sustituyen en la fórmula de la masa , se obtiene un valor imaginario. $metro$ $mi$ $pags$ $C$ $m^{2}c^{4}=E^{2}-p^{2}c^{2}$ $p>0$ $mi=0$ $m^{2}c^{4}=E^{2}-p^{2}c^{2}$ $metro$

Partículas sin masa conocidas

Fotones . La única partícula sin masa existente completamente confiable. Tanto su existencia como su falta de masa se confirman experimentalmente, además, se argumentan con mucha fuerza experimentalmente (la diferencia de la masa del fotón con respecto a cero conduciría a la dispersión de ondas electromagnéticas en el vacío, lo que mancharía las imágenes observadas de las galaxias en el cielo) y teóricamente (en la teoría cuántica de campos se demuestra que si la masa de un fotón no fuera igual a cero, entonces las ondas electromagnéticas tendrían tres, y no dos , estados de polarización , debido a que las partículas masivas con espíntienenestados de polarización, y para una partícula sin masa con espín, solo son posibles dos estados de polarización, espín fotónico [7] ). [12] [5] Sin embargo, desde el punto de vista de la experimentación y las observaciones, por supuesto, solo podemos hablar del límite superior de la masa (las observaciones de los campos magnéticos galácticos dan el valor de la longitud de onda Compton de un fotóncm, lo que da una estimación superior de la masa de ungramo de fotones [13] ) Un análogo de los estadoscon ciertos valores del momento angular orbitalpara un fotón son los multipolos de fotones . [diez] $j$ $2j+1$ $-j,-j+1,...,j-1,j$ $j$ $-j,j$ $j=1$ $\lambda _{{k}}={\frac {\hbar}{mc}}\geq 10^{{22}}$ $3,5*10^{{-60}}$ $s, p, d,...$ $yo$

gluones _ Si existen gluones, entonces no tienen masa, pero hasta ahora su existencia puede estar bajo alguna duda, ya que hay algunas dudas (no demasiado grandes) en la teoría donde se introducen teóricamente: cromodinámica cuántica y gluones libres no se observan (aparentemente , debería ser así en total conformidad con la teoría, pero esta última no ha sido probada matemáticamente).
Gravitones . Si existen gravitones, es casi seguro que sean partículas sin masa, más precisamente, su masa debe ser al menos muy pequeña, esto se deduce de la ley de la gravitación universal y las observaciones de los púlsares binarios. Las observaciones de la atenuación del movimiento orbital en púlsares binarios confirman indirectamente la existencia de ondas gravitacionales predichas por la relatividad general, y la concordancia cuantitativa de estas observaciones con las predicciones de la relatividad general indica que el límite superior de la masa del gravitón está determinado por la frecuenciamovimiento orbitaldel relojvea que da un límite superior para elgramo de masa del gravitón. [14] Además, dado que se realizaron observaciones simultáneas de la llegada de ondas gravitacionales y un pulso de luz del evento que las generó, un objeto muy distante, se demostró que la velocidad de propagación de la gravedad es exactamente igual a la la velocidad de la luz, y esto automáticamente da la masa del gravitón = 0. Pero la cuestión de su existencia permanece abierta en el sentido de que no han sido detectados experimentalmente y es poco probable que se detecten en un futuro previsible como partículas individuales. Las ondas gravitacionales , que son (teóricamente) la primera manifestación realmente observada de gravitones no virtuales, se descubrieron en la práctica . $\nu =3*10^{{-5}}$ $diez$ $m={\frac{\hbar\nu}}{c^{{2))))$ $3,5*10^{{-53}}$

Anteriormente considerado

Neutrino . Durante mucho tiempo se creyó que los neutrinos tenían masa en reposo cero. Sin embargo, en la actualidad, numerosos experimentos de oscilación con neutrinos solares, atmosféricos, de reactores y de aceleradores han demostrado de forma fiable que tienen una masa en reposo pequeña pero distinta de cero (menos de 0,28 eV , pero no cero para todos los sabores ( ν
mi, v
m, v
τ) [15] [16] [17] ).

Notas

↑ Departamento de Física Espacial (enlace inaccesible) . Consultado el 5 de agosto de 2014. Archivado desde el original el 10 de agosto de 2014. (indefinido)
↑ 1 2 3 4 Shirokov, 1972 , pág. dieciséis.
↑ Rumer, 2010 , pág. 231.
↑ Rumer, 2010 , pág. 233.
↑ 1 2 Shirkov, 1980 , pág. 451.
↑ Yavorsky, 2007 , pág. 973.
↑ 1 2 3 4 Rumer, 2010 , pág. 234.
↑ Rumer, 2010 , pág. 240.
↑ Shirokov, 1972 , pág. 67.
↑ 1 2 Shirokov, 1972 , pág. 148.
↑ Shirokov, 1972 , pág. quince.
↑ Shirokov, 1972 , pág. 240.
↑ Okun, 2005 , pág. 178.
↑ Rubakov V. A., Tinyakov P. G. "Modificación de la gravedad a grandes distancias y un gravitón masivo" Copia de archivo fechada el 14 de abril de 2015 en Wayback Machine , UFN , 178, p. 813, (2008)
↑ Los astrónomos miden con precisión la masa de los neutrinos por primera vez . scitechdaily.com (10 de febrero de 2014). Consultado el 7 de mayo de 2014. Archivado desde el original el 8 de mayo de 2014. (indefinido)
↑ Foley, James A. Masa de neutrinos calculada con precisión por primera vez, Physicists Report . natureworldnews.com (10 de febrero de 2014). Consultado el 7 de mayo de 2014. Archivado desde el original el 8 de mayo de 2014. (indefinido)
↑ Battye, Richard A.; Musgo, Adán. Evidencia de neutrinos masivos a partir del fondo de microondas cósmico y observaciones de lentes // Cartas de revisión física : revista . - 2014. - Vol. 112 , núm. 5 . — Pág. 051303 . -doi : 10.1103 / PhysRevLett.112.051303 . - . -arXiv : 1308.5870v2 . _ —PMID 24580586 .

Literatura

Shirokov Yu. M. , Yudin N. P. Física nuclear. - M. : Nauka, 1972. - 670 p.
Shirkov DV Física del microcosmos. - M. : Enciclopedia soviética, 1980. - 527 p.
Yavorsky BM Manual de física para ingenieros y estudiantes universitarios. - M. : Oniks, 2007. - 1056 p.
Yu. B. Rumer , AI Fet Teoría de grupos y campos cuantizados. - M. : Librokom, 2010. - 248 p. - ISBN 978-5-397-01392-5 .
Okun' LB Leptones y quarks. - M. : Editorial URSS, 2005. - 352 p. — ISBN 5-354-01084-5 .

clasificaciones de partículas
Velocidad relativa a la velocidad de la luz	Tardiones ( o bradiones) luxones Hipotético: Taquiones sobrebradyones
Por la presencia de estructura interna y separabilidad.	Partícula elemental ( Partícula fundamental ) partícula compuesta
Fermiones por la presencia de una antipartícula	Fermiones de Dirac Fermiones Mejorana
Formado durante la desintegración radiactiva	α β γ d ε norte
Candidatos para el papel de partículas de materia oscura	ENDEBLE Wimpzilla LSP NLSP
En el modelo inflacionario del universo	inflado curvatón
Por la presencia de una carga eléctrica.	partícula cargada partícula neutra
En las teorías de la ruptura espontánea de la simetría	bosón de Goldstone Fermión de Goldstone ( o goldstino)
por tiempo de vida	partículas estables partículas inestables
Otras clases	partícula virtual partícula subatómica antipartículas Verdaderas partículas neutras partículas libres Partículas idénticas ellos y cuasipartículas Partículas hipotéticas resonancias