¿Pueden las partículas virtuales convertirse en reales?

Question

Leí un resumen aquí:

Debido a la naturaleza bosónica del fotón, aumentar la intensidad máxima a través de una combinación de aumento de la energía del pulso y disminución de la duración del pulso acumulará más y más fotones dentro de la misma región finita del espacio. En ausencia de material, esto continúa hasta que el vacío se estresa hasta el punto de quiebre y las partículas virtuales se vuelven reales. La intensidad crítica donde esto ocurre para electrones y positrones - el límite de Schwinger, es predicho que sea ~ 10^29 W/cm2.

De acuerdo con esto, las partículas virtuales pueden volverse reales bajo ciertas condiciones. Supongo que eso significa que las partículas virtuales de fluctuación del vacío pueden volverse reales. No puedo juzgar con mi conocimiento limitado si esto es cierto. ¿Alguien puede verificarlo y si es cierto explicar cómo y por qué sucede?

Answer 1

A menudo nos encontramos con la necesidad de explicar cómo funciona la física fundamental al público en general que no está familiarizado con los requisitos físicos y matemáticos. Por lo general, terminamos utilizando analogías - una herramienta poderosa que puede, sin explicación, dar a la audiencia una idea aproximada de cómo funciona la cosa. Pero las analogías solo se pueden tomar en serio hasta cierto punto: los intentos de usarlas para explicar fenómenos complicados generalmente conducen a paradojas aparentes, malentendidos y confusión.

Lo mismo ha estado sucediendo una y otra vez en este foro con las partículas elementales virtuales. Verás, cuando los físicos hablan de partículas virtuales, se refieren a un tipo específico de fluctuación en el campo cuántico, el mismo campo que da origen a las partículas elementales ordinarias (reales). Esa fluctuación tiene un significado matemático preciso como parte de la serie asintótica, describiendo un objeto fundamental en la teoría: la matriz de dispersión que describe las interacciones entre las partículas elementales reales. Es por eso que generalmente se emplea una analogía: esas fluctuaciones se dice que son "partículas virtuales" que "median" las interacciones.

Esta analogía aborda los problemas correctos, y le dice a una audiencia no preparada mucho sobre los fenómenos subyacentes. Pero es solo una analogía y tiene sus limitaciones. La mayoría de las preguntas de los recién llegados sobre partículas virtuales pueden y deben ser abordadas en el marco matemático completo que es la Teoría Cuántica de Campos interactiva. Cualquier tipo de explicación que involucre partículas virtuales es simplemente hacer aspavientos.

Answer 2

Las partículas virtuales no tienen dinámica. Esta última siempre está ligada a un estado, que - a diferencia de las partículas virtuales - necesariamente respeta la causalidad. Por lo tanto, no pueden ''convertirse'' en nada. Ver https://www.physicsforums.com/insights/misconceptions-virtual-particles/

Hablar de que las partículas virtuales hacen algo siempre es solo una ilustración de alguna fórmula subyacente, sin ninguna intención de precisión física.

Answer 3

Se realizó un nuevo experimento con iones, el interior de un átomo sin electrones, 2 haces de estos fueron acelerados en un acelerador de partículas, los propios iones llevaban fotones virtuales. Cuando los haces se acercaron, los fotones mismos reaccionaron haciendo pares de electrón y positrón, como lo harían los haces de protones reales. Los pares de protón y antiprotón actuaron como pares reales, aniquilándose entre sí y creando fotones reales

Answer 4

Sí, las partículas virtuales pueden ser reales - ver detalles en mi última pregunta

¿Qué tipo de partículas pueden ser virtuales? ¿Solo aquellas en la tabla del Modelo Estándar?

Uno de los experimentos descritos por el equipo de Savasta logró transformar fotones virtuales en reales mediante un átomo artificial de 3 niveles. Otro experimento, en curso de implementación, genera fotones virtuales como pasos intermedios para excitar dos átomos artificiales con un solo fotón.

En particular, me gustaría destacar que no es cierto que las partículas virtuales no puedan existir en la realidad. Lo que es cierto es que no pueden ser detectadas debido a sus características problemáticas (masa y otras). Pero pueden aparecer en etapas intermedias de experimentos, y sus efectos pueden ser probados en los datos finales.

Answer 5

Se realizó un experimento en el cual los fotones virtuales se transforman en fotones reales

R. Stassi, A. Ridolfo, O. Di Stefano, M. J. Hartmann, y S. Savasta, "Conversión espontánea de fotones virtuales a reales en el régimen de acoplamiento ultrafuerte", arXiv: 1210.2367v2

Esta es la esencia del experimento:

"consideramos un emisor de tres niveles donde la transición entre los dos niveles superiores se acopla de manera ultrafuerte a una cavidad y mostramos que la relajación espontánea del emisor desde su estado intermedio hasta su estado base viene acompañada de la creación de fotones en la cavidad (ver Fig. 1). . . . . El hamiltoniano de un sistema átomo-cavidad realista contiene términos de rotación contraria que permiten la creación o aniquilación simultánea de una excitación tanto en el átomo como en el modo de cavidad. Estos términos pueden ser seguramente despreciados para tasas de acoplamiento pequeñas $Ω_R$ en la aproximación de onda giratoria (RWA). Sin embargo, cuando $Ω_R$ se vuelve comparable a la frecuencia de resonancia de la cavidad del emisor o a la frecuencia de resonancia del modo de cavidad, se espera que los términos de rotación contraria se manifiesten"