Re: Nuova particella?

From: Elio Fabri <mcq8827_at_mcqlink.it>
Date: 2000/04/13

Mauro D'Uffizi ha scritto:
> Posta una scatola contenente materia e antimateria sul piatto di
> una bilancia, e bilanciatala, se la materia e l'antimateria
> reagiscono, e la radiazione prodotta rimane confinata nella
> scatola, la bilancia si appende?
> Questo risultato puo' variare al variare del campo gravitazionale
> in cui ci si trova?
> Se invece misuro l'inerzia della scatola con F=m*a, ci sono
> cambiamenti?
>
> Alla fine eravamo arrivati a dire no in tutti e tre i casi.
Avevo seguito la discussione. Concordo con la conclusione: nessun
esperimento (bilancia, forza applicata, o altri) ti permettera' di
capire che le particelle/antiparticelle si sono annichilate in fotoni.
Preciserei magari un paio di cose:
1. Non mi piace chiamare "energia" (peggio, c'e' chi dice "energia
pura") quella presente in forma di fotoni, come se le particelle non
fossero anch'esse energia.
2. Non e' importante, ma non so se lo sai: se lasci la radiazione (i
fotoni) nella scatola, prima o poi si produrra' il processo inverso:
creazione di coppie. E si raggiungera' un equilibrio. Voglio dire che
l'annichilazione non e' un processo irreversibile.

> Si era pure sostenuto che l'energia curva lo spazio-tempo in
> maniera identica alla materia equivalente.
> Mi pare pero' che la tua considerazione possa portare a risposte
> diverse, o forse non ne comprendo le implicazioni fino in fondo.
Sicuramente Valter dira' la sua, ma vedrai che non sara' diverso da
quello che dico io: non e' corretto parlare di energia e di "materia
equivalente". Cio' che conta, come Valter ha gia' detto, e' il "tensore
energia-impulso", che nel tuo esempio sara' diverso da zero, e non
cambiera' per effetto delle annichilazioni (in effetti e' un po' piu'
complicato: v. dopo a proposito della pressione).

Piuttosto, mi stupisce che nessuno abbia ancora fatto notare un punto
essenziale: i fotoni rinchiusi in una scatola non sono affatto la stessa
cosa che dei fotoni liberi.
Un singolo fotone libero ha energia e q. di moto, e l'invariante E^2 -
c^2 p^2 e' nullo: questo e solo questo e' il significato dell'asserzione
"il fotone ha massa nulla" (A proposito: deciditi a dimenticare la massa
relativistica. La sola massa che abbia senso considerare e' quella di
riposo, data dal suddetto invariante.)
Ma se in una scatola hai fotoni che vanno avanti e indietro fra le
pareti, mentre l'energia totale e' ovviamente positiva, la q. di moto
totale e' nulla. Di conseguenza *per l'insieme di quei fotoni* E^2 - c^2
p^2 > 0 !! Ossia un insieme di fotoni ha una massa di riposo *non
nulla*!
Questo e' un caso particolare di un fatto generale: la massa di riposo
*non e' additiva*.

Tanto agli effetti gravitazionali, come a quelli inerziali, e' la
suddetta massa di riposo che conta (e' un po' piu' complicato, perche'
ci sarebbe da tener conto anche della pressione, ma almeno per ora non
vorrei andare in troppi particolari non essenziali).
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Elio Fabri
Dip. di Fisica
Universita' di Pisa
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Received on Thu Apr 13 2000 - 00:00:00 CEST