¿Se puede crear masa a partir de energía?

Question

Debido a $ E =m c^2 $ se puede convertir la masa en energía. Un ejemplo clásico sería la aniquilación materia/antimateria para producir energía (fotones, etc.).

¿Se puede hacer lo contrario? Entonces, ¿se podría hacer algo a los fotones para crear masa?

Answer 1

La conversión entre masa y energía ni siquiera es realmente una conversión. Se trata más bien de que la masa (o "masa-energía") es un nombre para cierta cantidad de energía de un objeto. Pero la misma energía a la que se llama masa puede ser en realidad un tipo de energía diferente, si se mira más de cerca. Por ejemplo, decimos que un protón tiene una cantidad específica de masa, aproximadamente $2\times 10^{-27}\text{ kg}$ . Pero si se examina la estructura de un protón, aproximadamente la mitad de esa masa (o más, dependiendo de las condiciones) es en realidad energía cinética de los gluones.

Por supuesto, probablemente no es lo que tenías en mente. Para responder más directamente a tu pregunta, es posible producir materia a partir de dos fotones que colisionan, aunque la probabilidad no es especialmente alta. Se necesitan fotones energéticos, y muchos, para crear un número apreciable de partículas de materia detectables. Wikipedia artículo sobre la creación de materia tiene más información y enlaces.

Answer 2

Sí, es posible crear partículas de materia/antimateria a partir de dos haces de fotones. El primer experimento exitoso de este tipo se llevó a cabo en el Acelerador Lineal de Stanford en 1997.

He aquí un resumen del NY Times: Los científicos utilizan la luz para crear partículas

Y aquí está el documento científico: Producción de positrones en la dispersión multifotónica luz por luz

Answer 3

Masa es energía. Es energía observada desde un marco de "centro de energía".

Por lo tanto, no es necesaria ninguna "conversión". Un simple experimento mental: capturar un fotón en una caja con espejos perfectamente reflectantes. La caja pesará más con el incremento de masa igual a $E_{photon}/c^2$ . Este incremento de masa se traduce en un aumento de la inercia de la caja: la aceleración de la caja con el fotón dentro crea un desequilibrio en la transferencia de momento al fotón en las colisiones posteriores.

Entonces, ¿cómo es que los fotones se consideran sin masa? Simplemente porque no se puede observar un fotón libre desde su marco de centro de energía (en términos generales: "no se puede seguir el ritmo de un fotón"). Cuando el fotón viaja de un lado a otro en una caja, puedes observar la caja + el fotón desde su marco de "centro de energía", y la equivalencia masa=energía se hace evidente.

Answer 4

No hay muchos experimentadores aquí.

Sí, la energía se puede convertir en masa y el ejemplo más sencillo es un fotón que interactúa con el campo eléctrico de los electrones del átomo y genera un par electrón-positrón. Esto ocurre con bastante probabilidad en todas las interacciones cuando los fotones atraviesan la materia, de hecho es una de las formas de saber que se ha generado un fotón en una interacción, como en esta imagen de la cámara de burbujas:

Las cargas aceleradas irradian

Vemos que los fotones salen del par de electrones y positrones padre, que pierden energía, y los fotones generan nuevos pares de electrones y positrones después de un intervalo de trayectoria neutral (sin burbujas).

La interacción es

La interacción de la cáscara fuera de masa con un campo (de los átomos en el líquido de la cámara de burbujas aquí) es necesaria para la conservación de los cuatro momentos: el fotón tiene masa 0 mientras que el par tiene al menos 1 Mev ( la suma de sus masas).

Answer 5

Una partícula cargada tiene un campo eléctrico (que contiene energía eléctrica) que a su vez influye en la masa de esa partícula en el sentido de que la masa de la partícula es mayor, de lo que sería para una partícula neutra (un ejemplo particular es el de los piones, donde $\pi^{0}$ es más ligero que los piones cargados $\pi^{\pm}$ ). En ese sentido se podría decir que la energía afecta a la masa y viceversa. Como afirma Einstein ambos están fuertemente correlacionados.