Imamo novu gornju granicu za masu svetlosti.
Prema merenjima pulsirajućih zvezda rasutih po Mlečnom putu i misteriozni radio signalima iz drugih galaksija, čestica svetlosti – nazvana foton – ne može biti teža od 9,52 × 10 -46 kilograma.
To je mala granica, ali otkriće da svetlost uopšte ima bilo kakvu masu bi značajno uticalo na to kako tumačimo Univerzum oko nas i na naše razumevanje fizike.
Fotoni se obično opisuju kao čestice bez mase. Ove diskretne količine energije prolaze kroz prostor-vreme konstantnom brzinom, nesposobne da ubrzaju ili uspore u vakuumu. Ova konstantna brzina implicira bezmasnost, a ne postoje dokazi za suprotno.
Međutim, ne znamo sa apsolutnom sigurnošću da su fotoni bez mase.
Masa različita od nule bi imala duboke implikacije. To bi protivrečilo Ajnštajnovoj specijalnoj relativnosti i Maksvelovoj elektromagnetnoj teoriji, što bi verovatno dovelo do nove fizike i verovatno odgovaralo na neka ogromna pitanja o Univerzumu (iako bi se u tom procesu postavilo mnogo više).
Da foton ima masu, morao bi da bude izuzetno mali da ne bi imao velike efekte na način na koji se Univerzum pojavio, što znači da jednostavno nemamo alate za direktno merenje.
Ali možemo preduzeti indirektna merenja koja će nam dati gornju granicu za ovu hipotetičku masu, a to je upravo ono što je grupa astronoma uradila.
Tim sa Univerziteta za nauku i inženjerstvo u Sečuanu, Kineske akademije nauka i Univerziteta u Nandžingu analizirao je podatke koje je prikupio Parkes Pulsar Timing Arrai i podatke o brzim radio rafalima iz brojnih izvora kako bi utvrdili koliko je masivna svetlost moguće.
Niz za merenje vremena pulsara je niz antena radio teleskopa za praćenje neutronskih zvezda koje šalju pulsirajuće snopove elektromagnetnog zračenja na izuzetno precizne milisekundne pulsare. Brzi radio rafali su izuzetno moćni rafali svetlosti nepoznatog porekla koji se detektuju u ogromnim međugalaktičkim zalivima svemira.
Svojstvo koje su istraživači ispitali poznato je kao mera disperzije, jedan od ključnih atributa pulsara i brzih radio rafala. Odnosi se na to koliko je snažno impulsni snop radio svetlosti raspršen slobodnim elektronima između nas i izvora svetlosti.
Ako fotoni imaju masu, na njihovo širenje kroz nevakuumski prostor naseljen plazmom uticali bi i masa i slobodni elektroni u plazmi. Ovo bi dovelo do vremena kašnjenja proporcionalnog masi fotona.
Niz za merenje vremena pulsara traži kašnjenja u vremenskim intervalima pulsara u odnosu jedan na drugi. Posebno unutar ultraširokog opsega, efekti disperzije se mogu minimizirati, omogućavajući istraživačima da izračunaju koliko kašnjenja može doprineti hipotetička masa fotona.
U međuvremenu, dedispergovanje signala iz brzih radio rafala takođe može otkriti kašnjenje proporcionalno masi fotona.
Pažljivim proučavanjem ovih podataka, tim je uspeo da izvede njihovu gornju granicu od 9,52 × 10 -46 kilograma (ili, u ekvivalentnoj energiji, 5,34 × 10 -10 elektron volti c -2 ). Imajte na umu da to ne znači da foton ima masu; to samo znači da imamo novu granicu na koju bi masa mogla pasti, ako bi postojala.
„Ovo je prvi put“, pišu autori, „da je interakcija između mase fotona različitog od nule i medija plazme uzeta u obzir i izračunata kako se foton širi kroz medijum plazme“.
Nije mnogo niže od merenja objavljenog 2023. godine, ali je prefinjenost. To znači da naučnici koji istražuju efekte hipotetičke mase fotona imaju precizniji opseg u kojem mogu da rade.
Studija takođe pokazuje, kažu astronomi, potrebu za visoko preciznim radio teleskopima. Malo je verovatno da ćemo uskoro moći da izmerimo foton, ali dobijanje konstantno kvalitetnijih podataka će nam omogućiti da dodatno suzimo merenje, a sa njim i njegove potencijalne efekte na Univerzum oko nas.
