Tentando provar o conceito de fóton massivo, ou seja, que as partículas de luz teriam uma massa diferente de zero, uma equipe de pesquisadores do Observatório Astronômico de Xinjiang (XAO), na China, conseguiu, de forma pioneira, determinar limites superiores para a massa desse quantum de luz.
Publicado recentemente na revista The Astrophysical Journal, o estudo analisou dados coletados pelo Parkes Pulsar Timing Array (PPTA), um projeto científico internacional que utiliza um radiotelescópio gigante na Austrália, além de informações sobre rajadas rápidas de rádio (FRBs), coletadas em várias fontes.
Com base nesses dados e na precisão das medições, eles não determinaram ainda a massa do fóton, mas sim que a massa de uma partícula de luz, se existir, não pode ser maior do que 9,52 × 10-46 kg. Esse valor, infinitamente pequeno, é cerca de 1,05 x 1043 vezes menor que a massa de um grama.
O que significa medir a massa de uma partícula de luz?
Embora, a princípio, esse número possa parecer irrelevante, uma massa diferente de zero, que é o padrão ouro na física moderna, causaria uma profunda ressignificação na forma como interpretamos o Universo hoje.
Nesse caso, teríamos que criar uma nova física, pois fótons massivos contradizem tanto a relatividade especial de Einstein quanto a teoria eletromagnética de Maxwell.
No caso da teoria de Einstein, um suposto fóton massivo jamais poderia viajar à velocidade da luz, pois, nesse caso, sua energia teria que ser infinita, segundo a icônica equação E=mc², o que é fisicamente impossível. Já na teoria de Maxwell, a proposição de massa em um fóton é totalmente inconsistente com seus princípios fundamentais.
Como foi estabelecido o limite superior da massa do fóton?
Para tentar provar suas hipóteses, os pesquisadores tiveram que fazê-lo por medições indiretas, pois não existe nenhuma ferramenta capaz de medir uma partícula que, a princípio, não tem massa. Nesse sentido, os astrônomos propuseram uma estrutura teórica inédita para compreender as características de supostos fótons massivos se propagando no plasma.
Entenda: Por que as primeiras estrelas do universo eram enormes?
Trabalhando com os dados de temporização de alta precisão do PPTA e das FRBs, eles examinaram uma propriedade conhecida como medida de dispersão. Ela assinala a quantidade total de elétrons livres que a luz de rádio encontrou na sua viagem entre a fonte e o observador terrestre.
Para registrar o tempo de chegada dos dados, eles procuraram atrasos de milissegundos na temporização de pulsos emitidos por pulsares, estrelas de nêutrons altamente magnetizadas, e nas FRBs. A alta resolução temporal da tecnologia UWB (banda ultralarga) permitiu a determinação exata dos tempos de chegada de sinal, o que foi fundamental para estabelecer um limite superior preciso da massa do fóton.