La pregunta está en el título. Surgió ya que actualmente estamos tratando con 4-vectores y procesos de colisión/decaimiento.
A primera vista pensé que debería ser posible debido a la equivalencia energía/masa, pero luego pensé que no creo que un electrón pueda perder masa al emitir un fotón, ya que es una propiedad tan fundamental de él.
¡Sería genial si alguien pudiera ayudarme con esta pregunta! ¡Muchas gracias de antemano!
Aquí hay una respuesta usando un razonamiento relativista,
además de contactar con las respuestas previamente dadas.
Sí, la masa [reposo invariante] (asumida distinta de cero) debe disminuir cuando la partícula emite un fotón.
Esto se deduce de la conservación del 4-momento total, que diagramo abajo.
(Este diagrama es básicamente uno utilizado para el efecto Doppler (piensa en el k-cálculo de Bondi).)
$$\widetilde m_1 = \widetilde m_2 +\widetilde k$$
En el ejemplo diagramado en el marco de la partícula inicial,
Nota que:
La masa invariante (que se refiere a la masa de una partícula en física) no cambia, es una propiedad inherente de la partícula. La "masa relativista" sí cambia (ya que la energía cinética del electrón cambia).
Como se menciona en un comentario y en las otras respuestas, un electrón libre por sí mismo no puede simplemente emitir un fotón (ya que la conservación del cuadrimomento no se puede cumplir para tal proceso).
Sin embargo, mi afirmación sigue siendo cierta si especificamos el escenario adecuado. Suponemos un tercer cuerpo para que las leyes de conservación funcionen. Este es, por ejemplo, el caso en el proceso de bremsstrahlung, donde un electrón emite un fotón mientras es desviado en el campo eléctrico de un núcleo. La energía y el momento transferidos al núcleo permiten que se cumplan las leyes de conservación. No nos importa el núcleo, y tenemos un proceso donde un electrón entrante emite un fotón y continúa viajando como un electrón libre.
La masa invariante del electrón no cambia. Sin embargo, los electrones libres (aislados) no pueden emitir fotones. Énfasis en aislado. Cuando hablamos de electrones emitiendo fotones, generalmente nos referimos a un sistema mecánico cuántico, es decir, un átomo, una molécula o simplemente un núcleo emitiendo un fotón.
Un electrón libre individual no puede emitir un fotón Un átomo de hidrógeno libre individual con un electrón en un estado excitado puede emitir un fotón por emisión espontánea Un núcleo libre individual puede emitir un fotón nuevamente mediante la relajación de su estructura interna.
¿Puede una partícula libre emitir alguna vez una partícula?
Sí, contrario a la creencia popular, incluso los núcleos (siendo sistemas de mecánica cuántica compuestos por quarks y gluones) pueden emitir fotones.
Ahora volviendo a tu pregunta, si la masa del sistema de mecánica cuántica emisor cambia o no.
La respuesta es sí. La masa en reposo del átomo, molécula o núcleo (en su propio marco de reposo) se reduce por la cantidad de energía del fotón emitido (por favor, ten en cuenta que hay excepciones donde la energía vibracional, rotacional o translacional de una molécula se transforma en un fotón).
¿Por qué? Esto proviene de la ley de conservación de la energía. Ahora te preguntas por qué disminuye la masa en reposo (del sistema de mecánica cuántica emisor del fotón), y la equivalencia masa-energía te muestra que si la energía del sistema de mecánica cuántica emisor (átomo, molécula o núcleo) disminuye en su propio marco de reposo (y lo hace al emitir un fotón), entonces su masa en reposo también tiene que disminuir. La masa en reposo del electrón no cambia, es invariante.
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