Frage von syron17, 68

Wie kann man experimentell nachweisen, dass Photonen keine Masse haben?

Antwort
von Reggid, 23

die frage ist ja schon ein paar tage alt, aber vl. schaut ja noch mal jemand hier rein. und da die anderen antworten leider falsch sind möchte ich noch etwas dazu schreiben.

zuerst einmal: wie du in der frage schon richtig schreibst haben photonen in der tat keine masse. das ist so, auch wenn manche leute noch so oft etwas anderes behaupten, da sie nicht wissen was mit masse eines teilchens gemeint ist.

jetzt dazu wie wir das nachweisen können: eine möglichkeit ist z.B. einfach das Coulombsche gesetz genau zu testen. denn nur mit einem wirklich masselosen photon ergibt sich die bekannte 1/r² abhängigkeit mit dem abstand, jede noch so kleine photon masse würde zu kleinen abweichungen führen. auch würde eine massives photon einen dritten polarisiationsfreiheitsgrad von elektromagnetischen wellen (nämlich in ausbreitungsrichtung) bedeuten.

auch in direkten streuexperimenten von photonen mit anderen teilchen, bestes beispiel Compton-streuung, würde eine masse des photons natürlich eingehen und damit andere resultate als bei einem strikt masselsonen photon ergeben.

weiters wäre dann die geschwindigkeit des lichts im vakuum dann nicht mehr immer c, sondern würde geringfügig von der frequenz des lichts abhängen.

alles zusammen gibt es also viele (teils auch hochpräzise) methoden um experimentell auf eine masse von photonen zu testen. bis heute ergab noch kein experiment einen von 0 zu unterscheidenden wert. die heute angegebene obere grenze liegt bei <10^-18 eV/c², was schon wirklich unvorstellbar winzig klein ist

Antwort
von ThomasJNewton, 31

Gar nicht, weil sie sehr wohl eine Masse haben, nur keine Ruhemasse, weil sie nicht ruhen können.
Wobei dieses "weil" eher argumentativ als physikalisch zu verstehen ist.

Schau dir mal den Compton-Effekt an. Da wird die Masse eines Photons deutlich.

Antwort
von MaxNoir, 47

Photonen haben eine Masse. Sie haben nur dann keine Masse wenn sie sich in "Ruhe" befinden. Also die Ruhemasse (mRUHE) ist null. Da ein Photon sich aber immer mit Lichtgeschwindigkeit (c) bewegen, haben sie in der Regel auch eine Masse. Prallt ein Photon auf eine andere Materie verschwindet es und taucht in der Materie als neue Energieform auf. (zB wärme). Dass ein bleuchteter Gegenstand aber nicht schwerer ist als ein unbeleuchteter zeigt allerdings, dass sie eben in Ruhe (sobald sie zB von einer Wand absorbiert werden) eben keine Masse haben.

Ein Experiment mit dem man deutlich machen kann, dass "sich bewegende" Photonen eine Masse haben wäre zB: Nimm eine Glasschale mit Wasser und packe Kunststoffkrümel auf die Wasseroberfläche. Bestrahle die Kunststoffkrümel mit einem hochenergetischen Laser (viele Photonen) und du wirst sehen, dass die Kunststoffkrümel sich langsam in Strahlungsrichtung des Lasers bewegen.

Mehr weiß ich leider nicht.

Kommentar von ThomasJNewton ,

Da Photonen nicht ruhen können, können sie auch keine Ruhemasse haben. Deine Erklärung dazu ist zumindest missverständlich.

Eine Masse haben sie sehr wohl, weil sie einen Impuls haben. Der bekannteste Nachweis ist der Compton-Effekt.

Und deine weiteren Ausführungen gehen dann in das über, was man neuerdings als Geschwurbel bezeichnet.

Man muss sich da nicht auskennen, und man muss auch nicht antworten.

Kommentar von Iceblue ,

Lieber ThomasJN, mich interessiert dieses Thema sehr, leider sind deine Ausführungen nicht geeignet diese Thematik besser zu verstehen. Das hilft dem Fragesteller nicht und mir auch nicht. Wenn du von dieser Materie etwas verstehst, dann bitte raus damit.

Kommentar von MaxNoir ,

Besser als einfach mal so Compton-Effekt zu erwähnen und dann nicht zu erklären was es ist. ;-)

Ich habe zumindest auf die Frage nach einer experimentellen Lösung antworten können und mein Versuchsaufbau ist auch richtig (ist ja jetzt auch nicht so schwer). Außerdem ruhen Phtonen nämlich genua dann, wenn sie sich in der Materie in andere Energieformen umwandeln. Weiß nicht was daran so schwer zu verstehen ist.

Antwort
von Roderic, 30

Fang eins ein und leg es auf ne Waage. ;-)

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