¿Qué pasaría si un fotón adquiriera una masa?

Para responder a su pregunta directamente, no sucede nada dramático porque los fotones tienen una masa efectiva distinta de cero.

La noción de que los fotones no tienen masa es un poco inapropiado. Los fotones no tienen una masa en reposo pero tienen una masa efectiva . Dejame explicar.

Considere dos ecuaciones para la energía del fotón, la famosa relación [matemática] E = mc ^ 2 [/ matemática] de Relatividad Especial donde m = masa y c = velocidad de la luz, y [matemática] E = hf [/ matemática] de Quantum Mecánica donde h = constante de Planck yf = frecuencia de luz. Ambas ecuaciones fueron escritas por Einstein en dos documentos diferentes dentro del mismo año. Entonces podemos escribir una ecuación para la masa del fotón

[matemáticas] m = \ frac {hf} {c ^ 2} [/ matemáticas]

Aparentemente, ¡no es cero! Depende de la frecuencia del fotón. ¿Qué significa esto? Bueno, la masa en reposo del fotón sigue siendo cero. De lo contrario, no podría viajar a la velocidad de la luz. Pero tiene una masa efectiva proporcional a su frecuencia. Desde la perspectiva de la partícula, puede pensar en un fotón como una bala que viaja a la velocidad de la luz con esta masa efectiva. De hecho, para todos los efectos, los fotones tienen masa.

¿Pueden los fotones ganar masa en reposo? Hasta donde sabemos actualmente, no. El modelo estándar no lo admite. Sin embargo, algunas personas buscan fotones masivos como clave para la cuestión de la materia oscura (todavía no hay progreso en este frente). Para aclarar la respuesta de Blech, el mecanismo de Higgs no dota a un fotón de masa, sino que solo los otros dos bosones de calibre, los bosones W y Z, adquieren masa, por lo que es solo una analogía de cómo un fotón se volvería masivo, pero nada concluyente puede ser dijo en ese frente.

Entonces, hasta donde sabemos, los fotones solo pueden ganar masa efectiva. Cuando un fotón interactúa con otro medio, su masa en reposo cambia. Del mismo modo, cuando interactúa con otros campos, su masa efectiva también puede cambiar.

Actualización: Gracias Brian Bi por señalar la exposición sin sentido con respecto a la relatividad general.

Los fotones tienen masa según el enlace de la teoría de física de MC:

Photons: A High School Primer, Version 2

en http://www.mcphysics.org

La suposición de que los fotones no tienen masa no tiene más evidencia que la de ajustarse perfectamente a las ecuaciones de Maxwell y la teoría de la relatividad general de Einstein (y más tarde teorías basadas en matemáticas de QM, QFT, teorías de cuerdas, …). Todas las pruebas físicas (medición de un momento positivo, afectado por la gravedad, efectos fotoeléctricos, dispersión, etc.) apuntan a la prueba de que los fotones tienen una masa positiva. Lo único que faltaba era cómo una masa genera la respuesta de campo electromagnético característica de la luz medida y conocida desde Faraday y luego modelada por Maxwell. La teoría de Física MC proporciona ese vínculo final entre masa y EMF.

¡La Ley de Navaja de Occam debería prevalecer!

Los fotones se comportan como si tuvieran masa cuando viajan en un medio, y su velocidad es menor que la velocidad de vacío de la luz. Entonces, tenemos una idea bastante buena de los tipos de cosas que suceden: la refracción óptica, por ejemplo, o la radiación de Cherenkov cuando las partículas cargadas viajan más rápido que la velocidad de la luz en ese medio.

El fotón es un bosón de calibre, por lo que solo puede adquirir masa a través de una interacción con un campo escalar (podrían ser posibles interacciones más exóticas).
Esta situación es exactamente como el caso de los bosones medidores de fuerza débil, el W y el Z, que adquieren masa a través del mecanismo de higgs. Entonces diría, estudia la interacción débil para obtener tu respuesta.

Sería una sorpresa para ti saber que el fotón tiene masa. El fotón no tiene masa en reposo. Tiene masa relativista. La masa relativista es algo confuso. No nos gusta que lo tengamos en cuenta. Solo hablamos en términos de masa en reposo, energía relativista e impulso relativista.

Si preguntas qué pasaría si el fotón adquiriera masa en reposo. Entonces, es un alimento para el pensamiento. Tan pronto como el fotón tenga masa en reposo, dudo mucho que se llame como un fotón. Habrá velocidad del fotón no igual a ‘c’. Todo estará en mal estado. No sé exactamente cuál sería el caso, pero me doy cuenta de que cambiará los conceptos básicos de la relatividad.

La inercia y el impulso están estrechamente relacionados. Un fotón lleva impulso pero no tiene masa invariante. Pero un fotón con energía E lleva el impulso E / c y tiene una masa inercial E / c ^ 2 que es igual a su masa gravitacional E / c ^ 2. Si un fotón se moviera en un círculo cerrado para formar una partícula en reposo, este fotón circular todavía tendría una masa inercial E / c ^ 2 y en este caso su masa inercial se llamaría la masa invariante de la partícula en reposo m = E / c ^ 2) Pero, ¿puede un fotón viajar en un círculo para formar una partícula en reposo con masa invariante? Aquí hay una posibilidad:

Una partícula cargada como el electrón con energía en reposo Eo = 0.511MeV (millones de voltios de electrones) puede modelarse como un fotón cargado de spin-1/2 en círculo con momento lineal circular p = Eo / c. Usando la segunda ley de movimiento de Newton F = dp / dt = ma, la tasa de cambio de tiempo dp / dt del momento de este fotón cargado de movimiento circular, cuando se divide por la aceleración centrípeta A del fotón cargado de movimiento circular, da la masa inercial m = (dp / dt) / A = Eo / c ^ 2 del fotón cargado en círculo y, por lo tanto, la masa inercial m = Eo / c ^ 2 de la partícula como el electrón que se está modelando. Entonces, la ecuación de Einstein Eo = mc ^ 2 para una partícula en reposo como un electrón con energía en reposo Eo se deriva para este modelo de partículas sin usar la teoría de la relatividad especial de Einstein.