Foton jako jedyna cząstka jest w stanie poruszać się z prędkością światła w próżni. Więcej, foton nie jest w stanie ani tej prędkości zwiększyć, ani też zmniejszyć w próżni. Właśnie ten fakt wskazuje na jego bezmasowość, wszak żadna cząstka materii obdarzona masą nie jest w stanie osiągnąć prędkości światła. To jednak wciąż nie jest dowód na to, że foton nie ma absolutnie żadnej masy.
Ta niepewność jest tym samym dla naukowców niezwykle kusząca. Jakby nie patrzeć, gdyby okazało się że foton jednak ma jakąś masę, niezależnie od tego jak małą, to odkrycie takie podważyłoby dobrze ugruntowaną już w świecie nauki szczególną teorię względności czy też teorię elektromagnetyczną. Co więcej, możliwe, że rewizja naszej wiedzy doprowadziłaby do odkrycia nowej fizyki, a być może także do rozwiązania dotychczas nierozwiązywalnych zagadek dotyczących natury otaczającego nas wszechświata.
Skoro jednak nie da się (przynajmniej na razie) zmierzyć masy fotonu, to można stopniowo zbliżać się do jej określenia poprzez zawężanie zakresu mas, w jakim owa wartość mogłaby się znajdować. Skoro z jednej strony ograniczeniem jest masa zerowa, to możemy w całości skupić na poszukiwaniu górnego ograniczenia masy fotonu.
Tym zajęli się naukowcy, którzy na co dzień zajmują się wykonywaniem pomiarów gwiazd zmiennych rozproszonych w całej naszej galaktyce, ale także innych źródeł sygnałów radiowych pochodzących z innych galaktyk.
W najnowszym artykule naukowym badacze z Uniwersytetu Naukowo-Technologicznego w Syczuanie oraz Uniwersytetu w Nanjing ogłosili, że jeżeli foton posiada jakąkolwiek masę, to nie może ona być większa od 9,52 x 10^-46 kg.
Do takiego wniosku badacze doszli po przeanalizowaniu danych zebranych za pomocą sieci radioteleskopów Parkes Pulsar Timing Array, która monitoruje impulsy elektromagnetyczne docierające do Ziemi z odległych gwiazd neutronowych, które emitują wiązki silnego promieniowania elektromagnetycznego oraz danych o szybkich błyskach radiowych.
Czytaj także: Foton jest podzielny. Potwierdzenie odkrycia bozonu Majorany coraz bliżej
W toku swoich badań naukowcy przyjrzeli się mierze dyspersji tych dwóch pozornie różnych sygnałów docierających do nas z różnych obiektów w przestrzeni kosmicznej. Zarówno pulsary emitujące wąskie, skolimowane wiązki promieniowania elektromagnetycznego, jak i szybkie błyski radiowe przemierzając przestrzeń kosmiczną, rozpraszane są przez plazmę, tudzież wolne elektrony wypełniające przestrzeń międzygwiezdną.
Badacze wyszli z założenia, że jeżeli foton ma masę, to przemierzając przestrzeń, która nie jest idealną próżnią, odczuwałby obecność obiektów kosmicznych i plazmy, a tym samym opóźnienie w jego dotarciu do Ziemi byłoby proporcjonalne do masy fotonu.
Czytaj także: Nagrali film, na którym foton wzbudza elektrony. Wszyscy na tym możemy skorzystać
Jeżeli pulsar emituje swoje impulsy z niezwykłą precyzją, w takim przypadku powinniśmy być w stanie dostrzec opóźnienia między kolejnymi impulsami docierający do Ziemi z danego pulsara. To właśnie na podstawie tej analizy udało się ustalić, że masa fotonu nie może być większa niż 9,52 × 10^-46 kilogramów, jeżeli oczywiście nie wynosi ona po prostu 0.
Można zatem powiedzieć, że do ostatecznego ustalenia wartości masy fotonu jeszcze nam daleko, ale dzisiaj jesteśmy już znacznie bliżej właściwej wartości niż jeszcze w 2023 roku. Wraz z budową coraz lepszych i bardziej precyzyjnych teleskopów, ten przedział możliwych mas fotonu będzie się zmniejszał, a tym samym rosła będzie nasza wiedza o tym, w jakim stopniu ów foton może wpływać na naszą rzeczywistość i cały wszechświat.
