الضوء أصبح أخفّ: حدّ جديد لكتلة الفوتون سريع

الأصل: "Photon rest mass from localized fast radio bursts with improved distribution of dispersion measure from extragalactic gas"
· Yuchen Zhang, Yang Liu, Hongwei Yu, Puxun Wu
arXiv:2511.14163 · 2025-11-18 · CC BY 4.0 · 1 دقيقة
ساعدت التدفقات الراديوية السريعة في قياس الكتلة المحتملة لجسيمات الضوء بأعلى دقة.

📄 معروضة نسخة «بسيط» — «متقدم» غير جاهزة بعد. أضفه إلى المفضّلة للمساعدة في تسريعها.

التدفقات الراديوية السريعة هي ومضات كونية ساطعة، تُشبه إشارة البدء، فتطلق سباقًا للموجات الراديوية عبر الكون. استخدمها الفلكيون للتحقق مما إذا كان للفوتون - جسيم الضوء - كتلة. لو كانت الكتلة موجودة، لاعتمدت سرعة الضوء على لونه: الأشعة الزرقاء، مثل متسابقين أثقل، أن تتأخر عن الحمراء. لكن الأرصاد تُظهر أن أي تأخير يُفسَّر كليًا بمقاومة الهيدروجين بين المجرات - غاز مخفف يبطئ الموجات قليلاً فحسب.

أخذ العلماء في الحسبان سيناريوهات مختلفة لـ تمدد الكون، بما في ذلك تأثير الطاقة المظلمة، ووضعوا حدًا جديدًا للكتلة: الفوتون أخف من 5×10⁻⁵¹ كغ. هذا أقل بمليارات المرات من كتلة أخف جسيم معروف. الدقة مذهلة: الضوء الأزرق البعيد كان سيسبق الأحمر بثانية واحدة فقط - وكان من الممكن رصد هذا التحول الضئيل، لكنه غير موجود.

النتيجة تعزز أساس الفيزياء الذي وضعه ألبرت أينشتاين: الضوء يبقى أسرع متسابق دون كتلة.

الملخص الأصلي

كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2511.14163

The assumption that photons are massless is a foundational postulate of modern physics, yet it remains subject to experimental verification. Fast radio bursts (FRBs), with their cosmological distances and precisely measured dispersion, offer an excellent laboratory for testing this hypothesis. In this work, we propose an improved distribution function for the dispersion measure arising from extragalactic gas and demonstrate that it provides an excellent fit to mock data. We then apply this distribution to constrain the photon rest mass under the $$\Lambda$$CDM, $$w$$CDM, and $$w_{0}w_{a}$$CDM cosmological models, the last of which is favored by recent DESI baryon acoustic oscillation observations. The corresponding 1$$\sigma$$ upper limits on the photon mass are found to be $$4.83\times10^{-51}\,\mathrm{kg}$$, $$4.71\times10^{-51}\,\mathrm{kg}$$, and $$4.86\times10^{-51}\,\mathrm{kg}$$, respectively, which are the most stringent constraints derived from FRBs to date. These results indicate that the choice of cosmological model has only a minor impact on photon-mass bounds, demonstrate that FRBs provide robust and reliable constraints, and offer strong empirical support for the massless nature of the photon.

لو كان للفوتون هذه الكتلة، لتأخر الشعاع الأزرق عن خط النهاية على مسافة مجرة المرأة المسلسلة بجزء من تريليون من الثانية.

العلماء
James Clerk MaxwellAlbert A. MichelsonHendrik LorentzHenri PoincaréAlbert EinsteinMax Planck
المفاهيم
جسيم عديم الكتلة فوتون الميكروويف نطاق كتلة حد كتلة النجم النيوتروني فوتون أشعة سينية دالة انتشار النقطة ضغط إشعاعي التدفق الراديوي السريع نبضة راديوية معامل الانتشار مقياس التشتت توتر هابل انفجار غاما قياس الخلفية الميكروية الكونية بوزون z نصف قطر نجمي مبدأ ثبات سرعة الضوء حد شاندراسيخار