massa

[Albertus]

saluti

una domanda a cui non sono mai stato in grado di darmi una risposta soddisfacente
i fotoni di luce non hanno massa anche se condividono molte caratteristiche con i corpuscoli massivi

le stelle irradiando energia perdono massa
la luce subisce l'effetto del campo gravitazionale
i fotoni spingono via le code delle comete che sono fatte di sottilissime particelle
la luce produce le frange di interferenza ma anche i corpuscoli lo fanno
ecc...

verrebbe spontaneo pensare che i fotoni abbiano massa
vale a dire la luce è il quarto stato della materia dopo gli stati :
solido-liquido - gassoso
in certi casi si dice che solo la massa a riposo dei fotoni è nulla
si tratta però di affermazioni non ortodosse

allora la domanda è :

quali esperimenti sono stati condotti al fine di dimostrare che fotoni e corpuscoli sono realtà fisiche simili per certi aspetti ma sostanzialmente differenti ?

[Alby68a]

Non so se questo può aiutarti:
https://it.wikipedia.org/wiki/Fotone

La tua posta suscita delle domande.
La gravità è una distorsione dello spazio in ragione di una massa. La luce segue la distorsione dello spazio?
L'emissione di un fotone avviene quando l'orbita di un elettrone perde la sua posizione orbitale in modo discreto. Ma l'atomo non perde massa. Cambia solo la posizione orbitale dell'elettrone?
Le code delle comete sono spazzate, se parliamo di luce, dalla pressione di radiazione?
Il comportameto della luce nel dualismo particella-onda é un fenomeno fisico tutt'ora inspiegato?

[Albertus]

ciao

grazie per il link
non mi sembra però che spieghi la ragione per la quale il fotone ha massa nulla


per quanto riguarda: gravità - massa - luce
la mia opinione , del tutto personale, è questa :
le onde elettromagnetiche sono la sorgente ultima della nostra conoscenza del mondo esterno
per misurare le onde elettromagnetiche usiamo strumenti che usano le onde elettromagnetiche si entra quindi in un circolo vizioso

l'elettrone perde energia cinetica e potenziale passando da un orbitale all'altro ma non perde massa
la massa a riposo dell'elettrone è eterna ed indivisibile
esiste un solo modo per annichilire un elettrone, farlo scontrare con un positrone

le code delle comete sono spazzate anche dalla radiazione solare
però la pressione principale è esercitata dal vento solare che è un flusso di particelle
comunque la luce può fare girare una piccola ventola

il dualismo credo che sia stato spiegato con la teoria della decoerenza quantistica
in effetti molti sanno che un elettrone si comporta come un onda se non è osservato ma forse non tutti sanno che 100 elettroni si comportano come particelle anche se non sono osservati

per quanto riguarda la mia domanda mi rifacevo ad un detto inglese :

it looks like a duck and walks like a duck, it is a duck

[Albertus]

saluti

do la mia personale spiegazione, non verificata su nessun testo o articolo professionale
non è possibile dimostrare sperimentalmente che il fotone "in moto" non ha massa

quando relatività e meccanica quantistica erano ancora in divenire, l'elettromagnetismo classico era già in grado di dimostrare, teoricamente, che la radiazione elettromagnetica possedeva quantità di moto, in accordo all'esperienza, senza assumere che fosse anche massiva
quindi la "massa" del fotone è un parametro non necessario
potrebbe essere la spiegazione ?

[Andrea Mattioli]

Ciao @Albertus,

dal punto di vista sperimentale ogni misura ha un errore perciò non è possibile dimostrare che il fotone ha massa esattamente "0" come non è possibile dimostrare che ha un qualsiasi altro valore. Al momento la migliore misura è:

(https://pdg.lbl.gov/2022/listings/rp...ist-photon.pdf)

Dal punto di vista teorico l'elettrodinamica quantistica (QED) ha come postulato che il fotone abbia massa 0. Fintantochè nessuno riesce a fare un esperimento che misuri una massa maggiore di 0 la QED resta una teoria valida

Sul "perchè" abbia massa 0 questo resta un mistero così come il valore della massa di tutte le altre particelle. Il modello standard delle particelle elementari non è in grado di spiegare i valori di questo parametro che rimane determinabile soltanto sperimentalmente.

Saluti

[Alby68a]

Scusate la mia affermazione da ignorante completo sul tema. Ma leggendo vado per deduzione. Se un elettrone emette un fotone quando cambia suo orbitale, ossia perdendo energia, ma non perde massa ne tantomeno il nucleo perde massa, allora mi chiederei, se mai il fotone avesse massa, da dove la prende.

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[Andrea Mattioli]

Dall'energia di legame.

[Albertus]

Ciao @Albertus,

dal punto di vista sperimentale ogni misura ha un errore perciò non è possibile dimostrare che il fotone ha massa esattamente "0" come non è possibile dimostrare che ha un qualsiasi altro valore. Al momento la migliore misura è:

(https://pdg.lbl.gov/2022/listings/rp...ist-photon.pdf)

Dal punto di vista teorico l'elettrodinamica quantistica (QED) ha come postulato che il fotone abbia massa 0. Fintantochè nessuno riesce a fare un esperimento che misuri una massa maggiore di 0 la QED resta una teoria valida

Sul "perchè" abbia massa 0 questo resta un mistero così come il valore della massa di tutte le altre particelle. Il modello standard delle particelle elementari non è in grado di spiegare i valori di questo parametro che rimane determinabile soltanto sperimentalmente.

Saluti

ciao Andrea

comunque , se ho ben capito , sono stati fatti dei tentativi per misurare la massa del fotone
puoi descriverli brevemente ?

[Andrea Mattioli]

Se non ricordo male credo che la misura della massa del fotone venga ricondotta alla verifica che il campo elettromagnetico diminuisca con il quadrato della distanza su grandissime distanze perché in caso di fotone massivo avrebbe la forma di un potenziale di Yukawa.
La massa viene definita tramite l'analogo quanto-relativistico di f=ma, ma il concetto rimane sempre quello

[Albertus]

grazie Andrea

chiedevo come si definisce la massa in fisica moderna dato che l'equazione F = ma presentava già all'inizio delle ambiguità concettuali e pratiche
la misura dell'accelerazione deriva dalle misure di spazio e tempo
spazio e tempo potevano essere definite in maniera abbastanza precisa ed univoca già ai tempi di Galileo e ai nostri giorni tramite la misura della frequenza dell'atomo di cesio e il percorso della luce in un certo numero di cicli

ai tempi di Galileo/Newton si discuteva se prendere come grandezza fondamentale una misura di forza, esempio l'estensione di una molla perfettamente lineare, e quindi considerare la massa come grandezza derivata o viceversa una misura di massa quale un volumetto di materia perfettamente omogeneo

trovo difficile trasportare f = ma a livello atomico

credo che questa sia la ragione per la quale in fisica atomica si usa la versione Lagrangiana della meccanica che fa riferimento alle energie piuttosto che alle forze