¿Por qué muchas personas dicen que las partículas virtuales no ahorrar energía?

Question

He visto que esta afirmación hecha en todo el Internet. Es en la Wikipedia. Es en Juan Báez del FAQ en partículas virtuales, es en muchos libros populares. Incluso he visto de improviso en los trabajos académicos. Así que yo supongo que debe haber algo de verdad. Y, sin embargo, siempre he buscado en los libros de texto que describe cómo las matemáticas de los diagramas de Feynman funciona, no puedo ver cómo esto podría ser cierto. Me estoy perdiendo algo? Me he pasado años buscando el internet para una explicación de en qué sentido la conservación de la energía es violado y, sin embargo, nunca he visto nada distinto de declaraciones vagas como "debido a que existen para un corto período de tiempo, que puede pedir prestado la energía del vacío".

Las reglas de los diagramas de Feynman, como estoy familiarizado con ellos, garantizar que la energía y el momentum se conserva en cada vértice en el diagrama. Como yo lo entiendo, esto no es cierto solo externo de los vértices, pero para todos los vértices así, no importa cuántos bucles profundo dentro de usted. Es cierto, integrar los lazos sobre todas las posibles energías y los ímpetus de forma independiente, pero siempre hay una función delta en el impulso de espacio que las fuerzas de la suma de las energías de las partículas virtuales en los bucles para añadir exactamente la energía total de la llamada entrante o saliente de partículas. Así, por ejemplo, en un propagador de fotones en 1-loop, que tienen un electrón y un positrón en el bucle, y ambos pueden tener cualquier energía, sino que la suma de sus energías deben sumar la energía de los fotones. A la derecha?? O me estoy perdiendo algo?

Tengo un par de conjeturas en cuanto a lo que la gente pueda decir cuando ellos dicen que piensan que la energía no se conserva por partículas virtuales...

Mi primera conjetura es que ellos están ignorando el consumo real de energía de la partícula y en lugar de calcular el monto de lo eficaz de la energía que tendría si has mirado en la masa y momentum de la partícula, y después se aplica las ecuaciones clásicas de movimiento. Pero esta no es la energía que tiene, ¿verdad? Debido a que la partícula es off-shell! Es la masa es irrelevante, porque no hay masa de conservación de la norma, sólo una de conservación de energía de la regla.

Mi segunda conjetura es que tal vez son sólo hablamos de la energía del vacío diagramas, donde se suman los bucles de partículas virtuales que no tienen ninguna llamada entrante o saliente de partículas. Aquí no hay ninguna función delta que hace que la energía total de la partícula virtual coincide con el total de la energía de cualquier llamada entrante o saliente de partículas. Pero entonces, ¿qué quieren decir con la conservación de la energía si no "la energía total en los estados intermedios coincide con el total de la energía entrante y saliente de estados unidos"?

Mi tercera respuesta es que tal vez estamos hablando de la configuración de espacio de los diagramas de Feynman en lugar de impulso-espacio de diagramas. Porque ahora los estados de los que estamos hablando no son la energía autoestados, que son efectivamente la suma de la suma de los diagramas de cada uno de ellos con un total diferente de energía. Pero en primer lugar, el valor esperado de la energía se conserva en todo momento. Como está garantizado por la mecánica cuántica. Es sólo porque usted está preguntando acerca de la energía de parte de la superposición en lugar de la cosa entera de que usted consigue una audiencia imparcial de respuesta (que no resume todo). Y segundo... no es la idea de una partícula (ya sea real o virtual) de una onda plana (o paquete de ondas) de un tipo de energía y el impulso eigenstate? Así que, ¿en qué sentido es esta una forma sensata de pensar acerca de la pregunta?

Porque yo he visto a este reclamo repetido tantas veces, estoy muy curioso por saber si hay algo real detrás de él, y estoy seguro de que debe haber. Pero de alguna manera, nunca he visto una explicación de donde esta idea proviene de.

Answer 1

La respuesta corta a tu pregunta es que las declaraciones de que "partículas virtuales no necesitan conservar la energía" y "intermedio componentes de los diagramas de Feynman no necesitan estar en la misa shell" son equivalentes declaraciones, pero desde dos diferentes perspectivas históricas.

El concepto de una partícula virtual se introdujo en la física en el mediados de la década de 1920, mientras que el formalismo de la mecánica cuántica aún estaba siendo desarrollado. Los famosos de la historia de papel por Bohr, Kramers y Slater es la mejor fuente (aunque Slater había abordado la idea en un trabajo anterior). Las ideas generales de la ponencia resultó ser incorrecta, pero el papel ayudado a estimular Heisenberg, la teoría (y su principio de incertidumbre). Sin embargo el concepto de una partícula virtual persistente. En la actualidad se utiliza principalmente en la escuela primaria descripciones de la teoría del campo cuántico como una muleta para evitar los aspectos más técnicos de los diagramas de Feynman.

Yo era consciente de ello, porque me tomó cursos de Slater en la Escuela de Posgrado, pero debo admitir que he tenido dificultad para encontrar información sobre la historia del concepto de partículas virtuales sin incluir Slater, Bohr, y Kramer como palabras clave, a fin de que entiendo su frustración..

Answer 2

Yo no soy ni un experto en QFT, ni tampoco tengo un conocimiento muy profundo de cómo las ideas desarrolladas - así que este es el mejor de una respuesta parcial.

Siempre he pensado que su primera conjetura es lo que en realidad quiso decir: Una partícula virtual es un "off-shell"-partícula, lo que significa que no obedece a la costumbre de impulso de la ecuación ecuación. Ahora, las personas tienden a interpretar esto como partículas virtuales que tengan otro tipo de masa (y la energía se conserva), pero también se puede decir que las partículas tienen la costumbre de masa y, a continuación, ajustar la energía y/o el impulso para hacer las ecuaciones de derecha o mirar las ecuaciones de movimiento, etc.

Creo que esto es muy popular, porque es muy tentador pensar de partículas virtuales como "partículas". Esto le da un bonito (aunque mal) manera de transmitir la teoría cuántica de campos para el profano. Usted dice (y he leído cuentas similares y conocer algunos experimentadores que pensar acerca de esto en esto de la moda, porque nunca se necesitaba o quería saber el camino real): "a Ver, usted tiene estas cosas llamadas partículas elementales y tienen una masa y así sucesivamente. También obedecen a las ecuaciones de la relatividad especial y usted puede escribir las ecuaciones de movimiento. Ahora echemos un experimento en el que nos chocan dos electrones. Se puede visualizar lo que sucede en estos diagramas: Las partículas se acercan y, a continuación, el intercambio de un fotón, lo que se llama un "fotón virtual". En realidad, también podría suceder que este fotón crea un electrón-antielectrón-par que se aniquila a sí misma. Por lo tanto, usted tiene todos esos otros diagramas - pero en principio, todo lo que sucede es que este intercambio de fotones." El problema ahora es que se puede hablar de partículas virtuales como si fueran reales de las partículas. Cuando usted empezó con la costumbre de las ecuaciones de movimiento, usted está ahora en una encrucijada. El antiguo camino de salida es mediante el uso de la energía-tiempo de la incertidumbre de las relaciones, la nueva manera de salir es por el uso de shell de ecuaciones y la correcta manera de salir es recordar que usted no está hablando acerca de las cantidades físicas, y que está haciendo teoría de la perturbación.

Sin embargo, podría ser que hay otro lado de la historia. He encontrado esta cita de Juan Báez de aquí:

[...]Hay un viejo pésima forma de perturbación la teoría en la que partículas virtuales violar la conservación de la de energía-impulso - que puede ser lo que estás pensando.

Pero esto sólo sobrevive en popularizations de la física, no lo cuántica de campos teóricos suele hacer en estos días. Al menos desde Feynman llegó, la mayoría de uso de una forma de perturbación la teoría en la que partículas virtuales obedecer a la conservación de la energía-impulso. En su lugar, ¿qué partículas virtuales llegar a hacer que el real partículas no es "mentira off-shell". Esto significa que no necesitan para satisfacer

E^2 - p^2 = m^2

donde m es la masa de la partícula en cuestión (en unidades donde c = 1).

En cualquier caso, independientemente de la forma de la teoría de la perturbación utilizar, en la realidad actual, parece que la energía-momentum es conserva aún de más corta duración y distancias cortas. (Aquí estoy descuidando temas relacionados con la generalde la relatividad, que no son tan importantes aquí.)

Esto implicaría que el verdadero origen de por qué la gente hablar de partículas virtuales violar la conservación de la energía es algo que se remonta a antes de la invención de los diagramas de Feynman. Esto explicaría por qué sólo encontramos vagas alusiones al concepto y no matemática de la que supuestamente nos dicen que este es el caso: La razón es que esta no es la manera QFT se enseña hoy en día y que realmente no leer los históricos debates.

En cierto modo, esto sería similar a la ciencia popular que nos dice que el Robertson-Schrödinger incertidumbre relación es acerca de cómo la medición perturba un estado y cómo no es posible medir el impulso y la posición de forma simultánea. Esto no es lo que la ecuación dice y no se refleja por hoy la expresión matemática, pero es como Heisenberg pensamiento sobre la materia, cuando se formuló el primer ejemplo de esta relación. Todavía escucha, porque se reiteró una y otra vez por nadie (y esto es casi todo el mundo) que no tiene el tiempo para pensar acerca de esto, pero sólo se refiere a la forma en que los aprendió.

Answer 3

¿Cuáles son partículas virtuales? Aparecen en los diagramas de Feynman que representa un propagador de la función en la integral , Por ejemplo, la integración de este electrón-electrón de primer orden de dispersión diagrama de

le dará la distribución de probabilidad de los electrones dispersados.

La línea interna es un propagador con la masa de la partícula intercambiada en el denominador, y es por eso que la línea que se identifica con una partícula. Ya que está dentro de una integral, es masa shell, es decir, E^2-p^2 es diferente de la masa de la partícula y la variable sobre la integración. La partícula es la masa de la cáscara. Uno puede elegir lo que le da, la energía o el impulso de la regla para la dxdydzdt incremento en la integral, si uno considera que la línea como una partícula. Si uno conserva el impulso y la llama de una partícula con la masa de su nombre, entonces la energía no se conserva, ya que la masa es la masa de la cáscara. Yo creo que es donde la mezcla hasta que comienza: en la consideración de que una partícula. Así, la declaración de que "la energía no se conserva" es isomorfo a "es la masa de shell".

En un análisis final, como otras respuestas han dicho que sería mejor no llamar a una partícula, sino que la acepta como una función matemática de llevar los números cuánticos del nombre de la partícula.

Answer 4

Que hacer ahorrar energía-impulso, absolutamente, en cada instante, en cualquier lugar, anywhen. Sin embargo, no respetan la habitual relación que define la energía : $$\etiqueta{1} E_{\text{real}}(p) = \sqrt{p^2 \, c^2 + m_0^2 \, c^4}. $$ En lugar de esto, ellos obedecen a algunos "off-shell" de las relaciones. Por ejemplo, puede hacer que esta energía-momentum relación en su lugar : $$\etiqueta{2} E_{\text{virtual}}(p) = \sqrt{p^2 \, c^2 + a_1 \, p^4 + m_0^2 \, c^4} + a_2 \, p^2 + a_3 \, p^4, $$ o cualquier otra fantasía !

De energía-impulso de conservación es siempre estrictamente respetados. Es sólo la energía-momentum relación que puede ser extraño.

Ahora, la cantidad de "violación" que lo que hacen puede ser definido como este : $$\etiqueta{3} \Delta E = |\, E_{\text{virtual}} - E_{\text{real}} |, $$ y podría escribir (nota de la "invierte" la desigualdad) : $$\etiqueta{4} \Delta E \, \Delta t < \frac{\manejadores}{2}, $$ donde $\Delta t$ es la duración de la infracción.