Znanstvenici su to upravo otkrili…

Imamo novi gornji limit za masu svjetlosti.

Prema mjerenjima pulsirajućih zvijezda rasprostranjenih po Mliječnoj stazi i misterioznim radio signalima iz drugih galaksija, čestica svjetlosti nazvana foton ne može biti teža od 9,52 × 10^-46 kilograma. Iako je to vrlo mala granica, piše Science Alert, otkriće da

svjetlost ima bilo kakvu masu značajno bi utjecalo na našu interpretaciju svemira i naše razumijevanje fizike.

Fotoni se obično opisuju kao čestice bez mase. Ove diskretne količine energije putuju kroz prostor-vrijeme konstantnom brzinom, nesposobne ubrzati ili usporiti u vakuumu. Ova stalna brzina implicira da nemaju mase i nema dokaza koji bi govorili suprotno. Međutim, nemamo apsolutnu sigurnost da su fotoni bez mase.

Masa različita od nule imala bi duboke implikacije. Protivila bi se Einsteinovoj teoriji relativnosti i Maxwellovoj elektromagnetskoj teoriji, vjerojatno vodeći do nove fizike i možda odgovarajući na neka velika pitanja o svemiru (iako bi postavila mnoga nova pitanja u tom procesu). Ako bi foton imao masu, ona bi morala biti izuzetno mala da ne bi imala velike efekte na izgled svemira, što znači da jednostavno nemamo alate za direktno mjerenje.

Ali možemo uzeti indirektna mjerenja koja će nam dati gornji limit za ovu hipotetičku masu i upravo je to grupa astronoma i učinila. Tim sa Sveučilišta znanosti i inženjerstva Sichuan, Kineske akademije znanosti i Sveučilišta Nanjing analizirao je podatke prikupljene pomoću Parkes Pulsar Timing Array i podatke o brzim radio bljeskovima iz nekoliko izvora kako bi utvrdio koliko masivna svjetlost može biti.

Pulsar timing array je skup antena radio teleskopa koji prate neutronske zvijezde koje emitiraju pulsirajuće elektromagnetsko zračenje na izuzetno preciznim milisekundnim pulsarima. Brzi radio izboji su izuzetno snažni bljeskovi svjetlosti nepoznatog podrijetla koji se detektiraju preko ogromnih međugalaktičkih prostranstava

Svojstvo koje su istraživači ispitali poznato je kao mjera disperzije, jedno od ključnih svojstava pulsara i brzih radio izboja. Odnosi se na to koliko se uski pulsni snop radio svjetlosti raspršuje slobodnim elektronima između nas i izvora svjetlosti.

Ako fotoni imaju masu, njihovo kretanje kroz prostor ispunjen plazmom bilo bi pod utjecajem mase fotona i slobodnih elektrona u plazmi. To bi rezultiralo vremenom kašnjenja koje je proporcionalno masi fotona.

Pulsari i kašnjenja u vremenu pulsiranja

Pulsar timing array traži kašnjenja u vremenu pulsiranja pulsara u odnosu na druge pulsare. Posebno unutar ultraširokog frekvencijskog spektra, efekti disperzije mogu se minimizirati, omogućujući istraživačima da izračunaju koliko kašnjenje može biti uzrokovano hipotetičkom masom fotona.

Istovremeno, analiza signala brzih radio izboja također može otkriti kašnjenje proporcionalno masi fotona. Pažljivim proučavanjem ovih podataka, tim je uspio izračunati gornji limit od 9,52 × 10^-46 kilograma (ili, u ekvivalentnoj energiji, 5,34 × 10^-10 elektron volti c^-2). Napominjemo da to ne znači da foton ima masu; to samo znači da imamo novu granicu unutar koje bi masa mogla pasti ako postoji.

“Ovo je prvi put,” pišu autori, “da je interakcija između mase fotona različite od nule i plazme uzeta u obzir i izračunata dok foton prolazi kroz plazmu.”

Iako nije mnogo niža od mjerenja objavljenog 2023. godine, ovo predstavlja poboljšanje. To znači da znanstvenici koji istražuju učinke hipotetičke mase fotona imaju precizniji raspon unutar kojeg mogu raditi.

Studija također pokazuje, kažu astronomi, potrebu za izuzetno preciznim radio teleskopima. Vjerojatno nećemo moći izvagati foton uskoro ali dosljedno kvalitetniji podaci omogućit će nam da dodatno suzimo mjerenje i s njim potencijalne učinke na svemir oko nas. Istraživanje je objavljeno u časopisu The Astrophysical Journal.

Kosmos