测量光子静止质量的方法

《测量光子静止质量的方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、测量光子静止质量的方法直到现在，人们对光子获得非零静止质量理论机制并没有定论，所以只有通过大量的实验去检验光子的静止质量是否为零.由于光子的静止质量很小，人们不可能直接测量光子的静止质量，只有通过检验光子具有非零静止质量时所对应的物理效应，从而推导出光子静止质量.光子静止质量不为零时所对应的物理效应有：真空中光速的色散效应、静态电磁场的Yukawa势、纵向虚光子的出现、AB(AharonovandBohm)和AC(AharonovandCasher)效应、磁单极子的存在与否、Casimir效应的修正和有限光子质量的引力偏折等等.所

2、有这些效应都是人们检验光子静止质量的基础.长期以来，人们做了大量的实验，但是到目前为止，所有检验光子静止质量的实验都是零结果，人们只能根据他们的实验精度给出光子静止质量上限.真空中光速的色散效应是人们检验光子静止质量的一个常用方法，除此之外，与光子静止质量有关的色散效应还有等离子体的色散和星际磁流体力学波的色散等，它们也曾被科学家们用来检验光子静止质量上限.1、星光到达地球的时间差   测量不同频率的光走过相同一段路程所用的时间之差t的微元来确立光子的静质量μ0.方程(1.2-2.8)表明，t与L成正比.路程L越长，效应就越大.因

3、此，我们可以测量远方星体在同一时刻发射的不同频率的电磁幅射到达地球的时间差，比如，利用双星和脉冲星就可做这类观测.   需要强调的是，星光的色散效应除了用光子静质量解释外，还可以用电磁场的非线性效应和等离子体色散效应来解释.在远第星体与地球之间的巨大星际空间里存在着极其稀薄的星际介质(等离子体)，这些等离子体引起的色散与μ引起的色散完全类似.这是利用星光色散确立光子静质量的主要障碍.下面我们先简略介绍一下电磁波在等离子体中的色散效应.通常，麦克斯韦电磁波在等离子体中的色散方程是    (1.2-3.la)，(1.2-3.lb)，其

4、中，n是等离子体中电子的数密度，m是电子静质量，B是磁感应强度，α是k与B之间的交角.星际空间的磁场B很小，ωB可以略去.于是方程(1.2-3.2)给出电磁波在等离子体中的色散效应是Vg=dω/d

5、k

6、=c(1–ωρ2/ω2)1/2，(1.2-3.2)，将方程(1.2-3.2)与Proca重电磁场的真空色散方程(1.2-2.4)比较，可以看出，等离子体的特征频率ωp引起的电磁色散效应与光子静质量μ引起的色散效应是一样的.这就是说ωp的效果同μc的效果完全一样.因此，如若不能用另外的方法获得星际离子体的密度，就无法分辫星光的色散究竟

7、是等离子体产生的还是光子静质量的效应.这就使我们在利用星光色散效应确立光子静质量μ上受到了限制.根据银河系旋臂磁场范围对光子静质量上限做的估计约为10-59克.2、双星观测   德布罗意(deBroglie)1940年提出了利用双星来确立光子静质量的方法.双星是在一个椭圆轨道中不停地旋转的二颗星体(例如，将它们分别叫做S1星和S2星).在某一时刻，S1星把S2星挡住，使我们看不到S2星.随后，S1星从S2星背后显露出来，此刻测量S2星发射的不同频率的光波到达地球的时间之差.德布罗意使用的数据是：λ22–λ12≈0.5x10-8厘米

8、2；双星到地球的距离L=103光年；这两种颜色的光到达地球的时间差t≤10-3秒.如果光子静质量的贡献不能忽略的话，那么，由方程(1-2-2.8)便得到(1.2-3.3)3、脉冲星观测脉冲星的发现为检验光的色散现象提供了一种新的手段.虽然脉冲星在同一个脉冲里发射的频率相近的两列光波色散很小，但是脉冲星到地球的距离很远，这两列光波到达地球的时间差大得足以观测到.脉冲星发射的无线电波的色散效应通常是以等效平均电子密度给出的.对于脉冲星NP0532Staelin等人(1968)给出≤2.810-2厘米-3，Feinbertg(1969)

9、假定观察到的NPO532脉冲星的色散效应主要是光子静质量引起的.从方程(1.2-2.4)和(1.2-3.2)的比较可知，ωp/c=4πe2/mc的等离子体的色散效应与光子静质量引起的色散效应相同，因此有：(1.2-3.4)，封伯格(Feinberg)认为，这种方法是对薛定谔静场方法的一种补充.4、光子静止质量的最新测量结果最近由于物理实验的重大新突破，即由于单个光子质量实验的精确测定结果和用原子的发射光谱对氢原子、氦离子、氦原子内电子的运动瞬时速度和轨道半径的精确测量结果的出现，迫切需要寻求一种新物理理论的新解释.2003年3月的

10、《物理学评论快报》发表了一篇文章，说中国科学家、武汉华中科技大学教授罗俊及同事通过实验在宇宙磁势造成的影响中寻找光子质量的痕迹，用精密扭秤检验出光子静止质量的上限为10-48千克.在2010年2月28日出版的美国《物理学评论快报》（Physical