Cuando se considera fundamental partículas como ondas en los campos, parece que cualquier colisión de dos partículas de algunos tipos fundamentales sólo podía crear energía dentro de ese tipo de campo. ¿Por qué esperamos que esta energía se transfiere a un campo diferente, la creación de diferentes partícula fundamental? ¿Cuál es el mecanismo de esta transferencia de energía y, en su caso, es la interpretación física de la energía del "camino"?
Respuestas
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Una versión simple de esto es la radiación de frenado, es decir, un electrón que se desacelera y produce radiación electromagnética / fotones. Por su razonamiento la energía de los electrones sólo debe ser capaz de ir a otros electrones: tal vez debería irradiar otros electrones, tal vez un solo electrón no debemos perder de energía a medida que viaja.
Pero el electrón puede transferir parte de su energía para el campo electromagnético, simplemente porque está junto al campo electromagnético.
Es el mismo en el más general de los procesos, los campos son todos acoplados, y estos acoplamientos permitir que la energía fluya de una especie de campo a otro.
EDIT: Añadido algunas nuevas siguiente información con base en la discusión en los comentarios.
En primer lugar me quiero señalar cómo el acoplamiento permite la transferencia de energía en el nivel de las ecuaciones clásicas de movimiento [es decir, en términos de "ordinario masiva de partículas"]. Si tengo lineal de las ecuaciones de movimiento para $N$ de las partículas de la forma:
\begin{equation} \ddot{x}_i + K_{ij} x_j = 0 \end{equation} donde $i=1,...,N$ etiquetas de la partícula y donde $K_{ij}$ es algunos matriz simétrica. Físicamente este sistema equivale a tener $N$ de las partículas junto con los muelles con diferentes resortes de constantes.
Siempre se puede realizar una variable redefinición $q_i = T_{ij} x_j$ y el trabajo en términos de los modos normales del sistema mediante una hábil elección de $T$ a diagonalize $K$. Entonces he a $N$ desacoplar las ecuaciones diferenciales para mi los modos normales $q_i$. Estos $N$ modos no interactúan. Es completamente trivial para resolver estas ecuaciones de movimiento para $q_i$ como una función del tiempo, ya que cada una de las $q_i$ simplemente realiza un movimiento armónico simple. Si puedo configurar las condiciones iniciales en términos de $q_i$, un modo de no evolucionar en otro modo. Si puedo calcular la energía de cada modo en el momento inicial, puedo calcular la energía de cada modo de $E_i$. Si me evolucionar el sistema hacia adelante, y calcular la energía de cada modo en un momento posterior, voy a buscar ese $E_i(t_{initial})=E_i(t_{later})$. No sólo es el total de energía se conserva, pero la distribución de energía en cada una de las modalidades se conserva.
Ahora me tiro un término no lineal en estas ecuaciones de movimiento. Físicamente esto equivaldría a tener los resortes de acoplamiento de las partículas que no eran exactamente de hooke la ley springs. \begin{equation} \ddot{x}_i + K_{ij} x_j + \lambda_{ijk} x_j x_k = 0 \end{equation} No puedo resolver esta ecuación diferencial analíticamente debido a que el término proporcional a $\lambda$. Me veo obligado a resolver el sistema de forma numérica, o si tengo suerte y $\lambda$ es pequeña, puedo utilizar la teoría de perturbaciones para obtener algunos analítica de la comprensión de lo que está pasando. Todavía puedo escribir la solución como una superposición de los modos propios del sistema original, sin embargo ahora los coeficientes de la superposición va a cambiar con el tiempo. En otras palabras, la energía total se conserva, pero no la energía en cada uno de los modos de forma individual. La energía que estaba originalmente en el $j$-th eigenmode va a ser transferido a los otros modos propios como el tiempo evoluciona, precisamente a causa de la $\lambda$ plazo. En otras palabras, permítanme establecer algunas condiciones iniciales. En estas condiciones iniciales, me descomponer la solución en modos propios, y calcular la energía en cada eigenmode. Luego me deja evolucionar el sistema hacia adelante (es decir, numéricamente, o el uso de teoría de la perturbación). Luego, en algún momento más adelante, volveré a descomponer el sistema en los modos propios y calcular la energía en cada eigenmode. La energía en cada uno de los modos en este tiempo no será igual a la energía en cada uno de los modos en el momento anterior. Usted puede comprobar todas estas declaraciones numéricamente simplemente escoger un ejemplo específico. Por lo tanto no lineal de términos en una ecuación de movimiento causa de las interacciones entre los modos.
El lagrangiano que da origen a esta ecuación de movimiento es \begin{equation} \mathcal{L} = \frac{1}{2}\dot{q}_i \dot{q}_i - \frac{1}{2} q_i K_{ij} q_j - \frac{1}{3} \lambda_{ijk} q_i q_j q_k \end{equation}
Por lo tanto vemos que los términos cuadráticos en el lagrangiano de dar el "libre" (es decir, lineal) de piezas y el cúbicos (y superior) los términos que se dan las interacciones.
Así que fue a la mecánica clásica de $N$ punto de partículas. En el fin de entender realmente cómo obtener partículas cuánticas y las interacciones de un campo de la teoría de lagrange, que realmente necesita para ir a través de un hermoso involucrados teoría de campo de la discusión sobre la cuantización de un libre escalares del campo y, a continuación, hablar de cómo teoría de la perturbación que se hace en la teoría cuántica de campos. Estas notas de la conferencia por Tong son realmente una excelente introducción si usted está interesado: http://www.damtp.cam.ac.uk/user/tong/qft.html.
Sin embargo, puedo intentar darte algunos comprensión heurística. El lagrangiano para QED (que estoy tomando a ser un subconjunto del estándar del modelo de participación de sólo el fotón y el electrón/positrón) es \begin{equation} \mathcal{L} = -\frac{1}{4} F_{\mu\nu}F^{\mu\nu} -i \bar{\psi}( \gamma^\mu {\partial_\mu} + m )\psi + e \bar{\psi} \gamma^\mu A_\mu \psi \end{equation} donde $F_{\mu\nu} = \partial_\mu A_\nu - \partial_\nu A_\mu$. Yo podría tener la pata de un signo, pero, francamente, no creo que nos importa aquí.
Aquí, $A_\mu$ representa un fotón, y $\psi$ representa el electrón y el positrón (son fundamentalmente inseparables en QFT). El $\gamma^\mu$ es esencialmente constante para nuestros propósitos, el punto es que no representan un dinámico grado de libertad.
Los dos primeros términos son cuadrática en los campos. De nuevo, estos son gratuitos, y que acaba de describir cómo un electrón/positrón o los fotones se propagan por el espacio sin intercambio de energía.
Sin embargo, el último término (que contiene la carga del electrón $e$) es exactamente análoga a la $\lambda_{ijk} q_i q_j q_k$ pieza de la mecánica clásica ejemplo. Esto permite que la energía de los fotones de modos propios a la fuga en la electrónica de modos propios como evolucionan las cosas. La existencia de este término en realidad no es más sorprendente (matemáticamente) que la existencia de la no hooke la ley de resortes. No ensuciemos la conservación total de la energía de todo el sistema, pero no permitir que la energía se escape de un tipo de modo a otro. Mecánica cuántica estos modos de representar las partículas, por lo que el término de acoplamiento permite que la energía se escape de un tipo de partícula a otra.
Matemáticamente la teoría de campo permite interacciones de una manera muy parecida a como ocurre en la mecánica clásica. Fundamentalmente su pregunta sigue siendo, ¿por qué debería de energía se permitió la fuga de un modo a otro? Sin embargo, la moderna física de partículas manera de ver las cosas es precisamente lo contrario: la filosofía moderna es que cada plazo posible en un lagrangiano permitido bajo ciertas condiciones (simetrías, tal vez renormalizability) debe de existir. Se requeriría de una explicación si las interacciones fueron no existe.
Sandeep
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Cuando un tipo de quantum (primaria) de la partícula está ausente sólo significa que el campo de la partícula está en el cuántica "vacío". Pero "vacío" no significa la ausencia de todo lo referente a ese campo. El vacío tiene varias físicas propiedades a pesar de su nombre: no es nada, pero un posible estado o quantum de la configuración del campo, por lo general el más simétrica estado cuántico del campo con respecto a todas las posibles simetrías.
Por otra parte, incluso si el estado cuántico de un determinado campo cuántico es el vacío de uno, la interacción con otros campos, teóricamente representados por una interacción de Lagrange no existe. Solo la existencia de que la interacción se hace responsable de los posibles procesos de transición a la forma el vacío a otros estados cuánticos.
En relativista y la física cuántica, también el número de partículas de un determinado campo es un campo cuántico observable exactamente como el impulso. Por lo que el número de partículas sigue las mismas reglas generales de gestión de calidad. Por medio de una transición cuántica, se puede pasar de un estado con cero partículas (el vacío de estado que es, sin embargo, un estado) a un estado con algunas partículas.
Cuando algunos de los ya existentes partículas de hacer una cantidad de momentum y energía, en principio, estas cantidades pueden ser gastado en el cambio de los estados en todos los estados admitidos por la conservación de los puntos bajos del sistema físico. Cada posibilidad tiene su propia probabilidad para convertirse en real en conformidad con quantum reglas descritas por la interacción de Lagrange. En particular, el vacío de un campo puede ser transformado en un diferente estado cuántico las partículas que contienen, en principio, para todo tipo de campo cuántico.
Considérese por ejemplo el átomo de hidrógeno (en realidad voy a considerar el electrón sólo). El electrón en el átomo, en particular, interactúa con el exterior (es decir, no se produce por el protón) EM campo, incluso si esta EM campo es en el vacío (ausencia de fotones). El compuesto de estado del sistema completo: el electrón en el estado fundamental y de los campos EM en el vacío del estado es estable. Pero si usted levanta el electrón de la primera emocionado nivel del átomo y mantener los campos EM en el vacío, tiene un inestable estado general en vista de la particular forma de la interacción de Lagrange. Hay un no despreciable probabilidad de transformar el vacío EM estado, en un estado que contiene los fotones y el estado de excitación del electrón en el estado fundamental. En este caso, el contenido de energía de los electrones (la diferencia con respecto a la energía del estado fundamental) pasa al estado de los campos EM en términos de uno o más fotones.
