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Wie viel wiegt ein Photon?

Von Rainer Scharf

Die Ruhemasse des Photons beträgt höchstens 1,2 ×10-51 Gramm. Das haben neue Präzisionsmessungen von chinesischen Wissenschaftlern der Huazhong Universität in Wuhan ergeben. Wenn Photonen eine von Null verschiedene Ruhemasse besäßen, so hätte dies weitreichende Konsequenzen. Dann hinge die Vakuumlichtgeschwindigkeit von der Frequenz ab, und sowohl das Coulomb-Gesetz als auch die Maxwell-Gleichungen müssten abgeändert werden.

Die von Jun Luo und seinen Kollegen veröffentlichte obere Schranke für die Photonenmasse ist gut zehnmal kleiner als der beste bisher bekannte Wert. Für ihre Messungen benutzen die Forscher eine torusförmige Spule, die sie an einem dünnen Wolframdraht aufhängten. Sie ließen einen elektrischen Strom durch die Spule fließen und beobachteten, wie sich die Spule drehte und den Draht verdrillte. Der Theorie zufolge sollte das magnetische Vektorpotential unserer Galaxis auf die Spule ein umso stärkeres Drehmoment ausüben, je größer die Ruhemasse der Photonen ist.

Um ihre Messungen richtungsunabhängig und genauer zu machen, haben die chinesischen Wissenschaftler ihre Versuchsanordnung auf einen Drehtisch gestellt und einmal in der Stunde rotieren lassen. Nach Auswertung der Messdaten fanden sie keinen Hinweis darauf, dass auf die Spule ein zusätzliches Drehmoment wirkte. Die Photonenmasse muss demnach kleiner als 1,2 ×10-51 Gramm sein. Die kleinste überhaupt messbare Ruhemasse beträgt übrigens 10-66 Gramm. Dieser Werte ergibt sich aus der Energie-Zeit-Unschärferelation wenn man als maximale Dauer einer Messung das gegenwärtige Alter des Universums annimmt. 

Quelle
Jun Luo et al., New Experimental Limit on the Photon Rest Mass with a Rotating Torsion Balance, Phys. Rev. Lett. 90, 081801 (2003)
http://link.aps.org/abstract/PRL/v90/e081801

pro-physik.de v. 5.3.2003

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