Wetenschapsforum

Wat is de massa van het kleinste deeltje uit het standaard model?

Het foton en het gluon hebben beiden rustmassa nul. Een gluon komt echter - behoudens in extreme situaties - niet vrij voor, het foton natuurlijk wel.

Met groter of kleiner heeft dit echter niet te maken, fundamentele deeltjes worden geacht geen structuur of afmetingen te hebben.

Mijn vraag is eigenlijk; welk deeltje uit het standaard model heeft de kleinste massa, dus niet nul massa maar welk deeltje heeft de minste massa?

Waarschijnlijk het neutrino.

Waarschijnlijk? Vanwaar je twijfel?

Omdat de massa van het neutrino niet echt is vastgesteld. Theoretisch moet het vanwege de eigenschappen een extreem geringe massa hebben, nagenoeg nul, maar niet massaloos.

Je zou kunnen argumenteren dat een foton altijd een nog kleinere massa kan hebben, naarmate je een grotere golflengte kiest. Neem bijvoorbeeld iets als lange golf radio, de energie per foton is daar zeer klein, en er is geen bovengrens aan de golflengte of ondergrens aan de energie per foton. 

Ik bedoel met massa zoals gebruikelijk de invariante rustmassa.

In dat geval is het voor een foton inderdaad nul en moet er iets zijn met de eerstvolgende laagste rustmassa. Vooralsnog zijn dat zeker neutrino's, al weten we niet echt wat die massa is, hoogstens een bovengrens van die lager ligt dan vrij diep IR licht fotonen. 
 
Dit zal verder een kwestie van voortschrijdend inzicht zijn: we weten dat neutrino's enige rustmassa moeten hebben, maar niet wat de ondergrens daarvan is. De detectoren zijn al absurd groot, dus of we die bovengrens nog veel verder naar beneden weten te krijgen is vooral afhankelijk van investering in dergelijk fundamenteel onderzoek. 
 
Bij gebrek aan enig praktisch nut denk ik niet dat die investeringen zullen oplopen tot het punt waarop we experimenten kunnen doen die 1000x gevoeliger zijn dan die tot dusver.

Benm schreef: Je zou kunnen argumenteren dat een foton altijd een nog kleinere massa kan hebben, naarmate je een grotere golflengte kiest. Neem bijvoorbeeld iets als lange golf radio, de energie per foton is daar zeer klein, en er is geen bovengrens aan de golflengte of ondergrens aan de energie per foton. 

 
Je zegt; "er is geen bovengrens aan de golflengte of een ondergrens aan de energie per foton" Dat is niet correct; de ondergrens aan de energie van een foton is de broglie golflengte van een Bose Einstein Condensaat op nul kelvin, dan is er geen 'golf'-lengte meer maar een rechte-lijn dus geen golf meer, dus nul energie = nul massa; dat is overigens interessant! Een Bose Einstein Condensaat heeft op nul kelvin geen massa meer! En een foton heeft ook een bovengrens; dat is de energie die overeenkomt met een maximaal doppler-effect, dan heb je een soort fotonic boom, zoals het doorbreken van de geluidsbarrière maar dan het doorbreken van de licht barrière, dat zou de maximale energie zijn per foton, een gigantische lichtflits zonder golflengte(!) maar met een oneindige amplitude!
 
Kortom; de ondergrens en de bovengrens wat betreft de energie van een foton is nul, een rechte lijn zonder golf en zonder energie en zonder massa!  

Michel Uphoff schreef: Omdat de massa van het neutrino niet echt is vastgesteld. Theoretisch moet het vanwege de eigenschappen een extreem geringe massa hebben, nagenoeg nul, maar niet massaloos.

 
 
In September 2011, the OPERA collaboration released calculations showing velocities of 17 GeV and 28 GeV neutrinos exceeding the speed of light in their experiments (see Faster-than-light neutrino anomaly). In November 2011, OPERA repeated its experiment with changes so that the speed could be determined individually for each detected neutrino. The results showed the same faster-than-light speed. In February 2012, reports came out that the results may have been caused by a loose fiber optic cable attached to one of the atomic clocks which measured the departure and arrival times of the neutrinos. An independent recreation of the experiment in the same laboratory by ICARUS found no discernible difference between the speed of a neutrino and the speed of light.^[61]
In June 2012, CERN announced that new measurements conducted by all four Gran Sasso experiments (OPERA, ICARUS, Borexino and LVD) found agreement between the speed of light and the speed of neutrinos, finally refuting the initial OPERA claim.^[62]
Daarom zou ik nogmaals willen vragen; welk deeltje uit het standaardmodel heeft de kleinste massa?

Het neutrino.
 
Agreement, in overeenstemming met, is niet het zelfde als gelijk aan.
 
Het neutrino heeft een invariante massa die ergens tussen 0 en 2 eV/c² ligt, in huis tuin en keuken termen is dit in de orde van 2 × 10^-36 kg. Waarschijnlijk is de rustmassa flink minder dan deze bovengrens. Voorzien we zo'n neutrino van een hoge kinetische energie, bijvoorbeeld 10 MeV, dan kan je uitrekenen dat de snelheid van dit deeltje ongeveer een tienduizendste millimeter per seconde lager is dan die van het licht:
 
Licht 299.792.458 m/s
Energetisch neutrino: 299.792.457,9999999 m/s
 
Dit verschil is niet meetbaar, en dus komen de fotonen en neutrino's voor onze apparatuur tegelijk aan, zijn ze in 'agreement'.

Michel Uphoff schreef: Licht 299.792.458 m/s
Energetisch neutrino: 299.792.457,9999999 m/s
 
Dit is niet meetbaar, en dus komen de fotonen en neutrino's voor onze apparatuur tegelijk aan, zijn ze in 'agreement'.

 
Interessant om te lezen...
 
Waarom is de massa van een neutrino invariant? Waarom hebben neutrino's geen vastgestelde rustmassa zoals alle andere deeltjes uit het standaardmodel?
 
Bestaat er ook zoiets als een Compton golflengte van een neutrino? Stel dat je ervan uit gaat dat de massa van een neutrino 1 eV/c² is wat zou dan bijvoorbeeld zijn Compton golflengte zijn?
 
Dat lijkt mij kleiner dan de veronderstelde kleinste Planck lengte van x 10^-35 is de Compton golflengte van een neutrino niet iets van x 10^-42? Hé dan is de Planck lengte dus niet de kleinste lengte! 

Waarom is de massa van een neutrino invariant?

 
Massa is rustmassa. Die is invariant.
 

Waarom hebben neutrino's geen vastgestelde rustmassa zoals alle andere deeltjes uit het standaardmodel?

 
Omdat deze zo gering is dat ze (nog) niet vastgesteld kan worden. De deeltjes zijn tevens extreem lastig te detecteren.
 

Hé dan is de Planck lengte dus niet de kleinste lengte! 

 
Je maakt een rekenfout. De standaard Compton golflengte λ is gelijk aan h/m₀c.
Hoe kleiner de rustmassa (m₀) hoe groter de Compton golflengte. Zo is deze voor een proton in de orde van 1,3.10^-15m, en voor het veel lichtere elektron 2,4.10^-12 m, bijna 2000 keer zo groot. Vullen we voor de massa van een neutrino de (boven)waarde 2.10^-36 kg in, dan krijgen we ongeveer 10^-6 m en dat is heel veel groter dan een atoom.

De detectie is vooral het probleem, neutrino's laten zich niet eenvoudig beinvloeden of detecteren. 
 
Feitelijk zou je best een heel langzaam neutrino kunnen maken (simultaan met een foton), als je het bijvoorbeeld een kinetische energie van 2 eV zou kunnen geven, en vervolgens ook weer kon detecteren. Die 2 eV is vergelijkbaar met een foton van zichtbaar licht dat met bekende snelheid reist. 
 
Stel dat je dat zou kunnen doen dan kon je de massa van het neutrino prima bepalen, maar in de praktijk gaat dat gewoon niet. Als je de kinetische energie 10 MEv maakt dan gaat dat neutrino met vrijwel de lichtsnelheid, en is het verschil in tijd om een afstand te overbruggen niet meetbaar.