איך מבטאים תנע בחלקיק חסר מסה?

[YaronStar]

איך מבטאים תנע בחלקיק חסר מסה?

 

[kaplanal]

אם הכוונה שלך לפוטון

hv/c

 

[AnarchistPhilosopher]

מנצל"ש, שאלה בקשר לחלקיקים חסרי מסה ואור...

אני מבין שאם מדובר בחלקיק אור אז הרי שמסת המנוחה שלו היא אפס, אבל האם זה גם נכון ההפך, שכל חלקיק חסר מסה הוא בהכרח חלקיק אור, ומכאן שזו שקילות, או שלא?

 

[בטטהמן]

לא

לדוגמא: פונון.

 

[AnarchistPhilosopher]

ומהו החלקיק הזה?

מה התכונות שלו?

 

[AnarchistPhilosopher]

טוב קראתי קצת בוויקי, אבל עכשיו פשוט אין לי

זמן להתעמק בנושא.

 

[pistolp]

פונון הוא לא באמת חלקיק

זהו למעשה תנודות של אטומים בתוך גבישים ואשפר להתייחס איליהם בצורה אפקטיבית כחלקיקים. באופן כללי עבור חלקיקים חסרי מסה מתקיים: E = pc . זהו הקשר בין אנרגיה ותנע בעזרת מהירות האור. זה מה שמקבלים כרשר מציבים מסת מנוחה שווה לאפס בביטוי לאנרגיה יחסותית. ישנם מספר חלקיקים אלמנטרים ללא מסה מלבד פוטון וגם הם נים במהירות האור

 

[אחמס1]

שני דברים

פונון הוא לא באמת חלקיק, וגם, אתה בטוח שאין לו מסה (אפקטיבית)?

 

[the YOOK]

פונון נע במהירות קטנה ממהירות האור,

ולכן יש לו מסה. (וחוץ מזה, גם פוטון הוא לא באמת חלקיק...)

 

[אחמס1]

לא משכנע

פונון נע רק בחומר, גם פוטון נע בחומר במהירות קטנה מ-c. ופוטון הוא עירור קוונטי של השדה האלקטרומגנטי, או במילים אחרות "חלקיק אלמנטרי" (שהתכונות שלו לא קשורות לחלקיק קלאסי כמו כדור, גרגר אבק, או אפילו צבר אטומים).

 

[the YOOK]

אבל מצד שני, ניתן לחשב את התנע שלו

(בחומר), ולפי זה לקבוע את המסה שלו (כיוון שהמהירות שלו נמוכה ממהירות האור), לא? (ואיך באמת פותרים את הבעיה עבור אור בחומר?)

 

[אמִיר]

לא

אפשר לחשב את הקשר בין האנרגיה לתנע, ועבור תנעים נמוכים מקבלים שהיחס הזה לינארי. כלומר, היחס בין התדר של הפונון לבין וקטור הגל k הוא פשוט w=ck, כשc זה מהירות הקול בחומר. האנרגיה של פונון (כמו של פוטון) זה hbar*w. המסקנה היא שלפחות עבור תנע נמוך, הפונון הוא חסר מסה. עבור תנעים גדולים אגב יש בעיה, כי מכיוון שהפונון הוא באמת לא חלקיק, הוא גם לא מקיים חוקי שימור. לגבי אור בחומר, שאלה טובה. הניחוש שלי הוא שאין באמת בעיה. כלומר, בדומה לפונון, מכיוון שגם כאן מדובר בפוטון אפקטיבי אפשר להגיד שהמסה האפקטיבית שלו היא אפס(אני לא בטוח לגבי זה, אבל משוואות מקסוול בחומר הן מקרוסקופיות, ומתייחסות לממוצע, לכן אני מניח שגם התוצאות הן ממוצעות) עוד ניחוש הוא שבשביל באמת לפתור את הבעיה, צריך לראות מה קורה לתורת היחסות בחומר. נדמה לי שגם ההגדרה למסה היא הגודל של וקטור התנע-אנרגיה, ולכן אולי צריך לשאול איך נראה וקטור כזה בחומר. אם אני חושב על זה עכשיו (וב3 וחצי בלילה, זה לא אומר הרבה), אז יכול להיות שבגלל שהתנע לא נשמר, אי אפשר אולי לדבר גם על מסה במובן של גודל נשמר (התנע לא נשמר כי אין סימטריה להזזות. בסריג למשל יש סימטריה להזזות מסויימות, בקבוע הסריג, ולכן אפשר לדבר עדיין על תנע סריגי, שהוא הגודל שנשמר כתוצאה מהסימטריה הזו- ולא התנע באמת)

 

[אחמס1]

אי אפשר להסיק זאת, אבל כן ניתן להסיק שהוא נע

במהירות האור. למשל הרבה שנים חשבו שלניוטרינו אין מסה.

 

[AnarchistPhilosopher]

אז רגע, יש משהו שאינו אור שנע במהירות האור...

ד"א בקשר לנייטרינו, אני יודע שיש כמה סוגים של נייטרינים ויש נייטרינים עם מסה ויש כאלה עם מסה קטנה מאוד. אם משהו נע במהירות האור והוא אינו אור, אז למה ראשית כל ממשיכים לקרוא למהירות זאת מהירות האור? שנית כל, מה התכונות של אחד מהחלקיקים הנוספים חסרי המסה, ובמה הוא שונה מפוטון?

 

[אמִיר]

מה רע בשם הזה?

הוא מדוייק בסך הכל, זה שיש עוד דברים שנעים במהירות האור, לא משנים את זה. חוץ מזה, פוטון מעבר לזה שהוא חלקיק חסר מסה, הוא גם חלקיק אלקטרומגנטי, כלומר הוא משפיע על מטענים. זה מה שהופך אותו בעצם ל"אור", הדרך שבה הוא משפיע על מטענים (היכולת שלו להיפלט או להיקלט באטום). חלקיקים חסרי מסה אחרים ישפיעו על דברים אחרים (אבל אני לא מכיר עוד חלקיקים חסרי מסה, אז קשה לי לחשוב על זה.. אולי חוץ מהגרויטון, שהוא משפיע על מסה, אבל אני לא יודע לגמרי מהו החלקיק הזה)

 

[AnarchistPhilosopher]

לפני שאתה קורא לגרביטון, אם אני לא טועה הוא

עוד לא נמצא. לא יודע, אבל אם המהירות הזו לא מיוחדת רק לאור, אז מן הסתם השם יכול להטעות אנשים.

 

[אחמס1]

אפשר גם לקרוא לזה "1" או "c" וכך למעשה נהוג

זה שלמשהו אין מסה כמובן לא הופך אותו לפוטון, למשל לגלואונים גם אין מסה. וכאמור לניוטרינים יש מסה מאוד קטנה (לפחות לשניים מהשלושה, אחד מהם עשוי להיות חסר מסה). אבל מסה זה לא הכל בחיים (כמו שיגידו בשומרי משקל), שמונה הגלואונים, הפוטון והניוטרינואים נבדלים באינטראקציות הקוונטיות שלהם. למשל ניוטרינו משתתף רק באינטראקציות של הכוח החלש, שהוא הכי חלש, ובגלל זה מאוד קשה לנו להבחין בעובדה שטריליונים מהם עוברים דרכנו כל שנייה (בניגוד לפוטונים שאותם אנחנו רואים).

 

[spake]

לניוטרינו יש מסה....

ככה הצילחו לפרק אותו או משו כזה........הוא מורכב משני חלקיקים שאחד מהם "כבד" מהשני הכבד במרכאות בגלל שההפרש בניהם שואף ל-0 אני לא ממש בקיא בחומר אז תסלחו לי נכון?

 

[כותב 485]

מה שאמרת בכלל לא נכון

ניוטרינו זה חלקיק אלמנטרי שלא מורכב משום דבר. מה שאחמס אמר נכון. הרחבה: ישנם שלושה חלקיקים שונים שנקראים ניוטרינו: ניוטרינו-אלקטרון, ניוטרינו-מיואון וניוטרינו-טאו (יש להם גם שלושה אנטי-חלקיקים שנקראים "אנטי-ניוטרינו-אלקטרון" וכד'). בעבר חשבו שהם לחלוטין חסרי מסה, כי לפי שימור התנע והאנרגיה ניכר היה ש"החלקיקים החסרים" מקיימים את הקשר p=E/c (כלומר הם לכל הפחות "אולטרא-רלטיוויסטיים", שמסת המנוחה שלהם זניחה לעומת האנרגיה הקינטית שלהם (חלקי c²)). לימים בנו גלאי ניוטרינואים, ומכיוון שידוע שצריך להיות שטף ניוטרינואים מהשמש (שכל אחד עם ממש קצת ידע באסטרופיזיקה יכול לחשב בקלות), אנשים מאוד התפלאו שלא מצאו את השטף הדרוש בגלאים. זה הוביל לספקולציות שהובילו לפיתוח תוספת למודל הסטנדרטי של החלקיקים היסודיים, לפיה (אנטי-)ניוטרינו-אלקטרון שנפלט מהשמש יכול להתגלות על כדור הארץ דווקא כ(אנטי-)ניוטרינו-מיואון או טאו. המנגנון הזה מכונה "אוסצילציית הניוטרינו" הוא חוזה הפרשים בין (ריבועי-) המסות של הניוטרינים. ומכיוון שלפי מודל זה יש שלושה ניוטרינים עם הפרשי מסות ביניהן, אחד יכול להיות חסר מסה (אף על פי שאין שום סיבה פיזיקלית שהוא יהיה חסר מסה) אבל השניים האחרים חייבים להיות מאסיביים.

 

[spake]

סליחה!!! טעות שלי...

אופסי אתה ממש צודק טעות שלי אני התבלבלתי........ ככה הצליחו להבדיל בין הסוגים של הניוטרינו לא יודע מה קרה לי אבל אתה צודק ב-100%!