¿Por qué ' t las partículas virtuales de fotones incluso en el "vacío" del espacio vacío?

Question

Estoy confundido acerca de la naturaleza de la radiación electromagnética. La luz que se supone que exhiben tanto de onda y de las características de las partículas. Pero eso no significa que es tanto una onda como una partícula o ni una onda ni partícula? Si es esto último, entonces no es un "real" de la partícula en todo, pero sólo de vez en cuando se comporta como uno (por lo tanto, un "virtual" de la partícula). Y si el anterior, entonces es, dependiendo de la configuración experimental se utiliza para detectar, un "real" de las partículas, pero que sólo existe (como una partícula) por un tiempo limitado, que a su vez, corresponde a la definición de una virtual de partículas ("una fluctuación transitoria que presenta muchas de las características de la partícula, sino que existe por un tiempo limitado" de Wikipedia).

Por lo tanto, si los fotones invariablemente aparecen a exponer las características de las partículas virtuales, ¿por que no son en realidad partículas virtuales (incluso en el vacío)?

Answer 1

Los fotones no presentan la propiedad de partículas virtuales, pero no es su razonamiento es defectuoso, usted simplemente han caído presa de una imprecisa uso de la terminología.

Permítanme comenzar con mi punto de vista de la onda/partícula de la dualidad. La mayoría de las imágenes de "partículas" y "olas" viene de un tiempo, cuando de verdad no entendía el mundo cuántico, y algunas de las características de la luz (y de la materia, véase la doble rendija con electrones) parecía ser como si de un clásico de la onda, y en algunos casos fue como si se trataba de un punto-como objeto en el espacio con posición definida/impulso (una partícula en algunos se sostienen dicciones). Pero tampoco descripción captura la esencia de lo que el objeto cuántico de los fotones/electrónica/quark/lo que sea, realmente se comporta como: Un estado en un espacio de Fock, donde la creación/aniquilación de los operadores son los modos de un campo cuantizado (por ejemplo, el vector potencial de la electrodinámica, que los rendimientos de los creadores/aniquiladores de fotones). Y eso es todo. "La onda" y "partícula" son conceptos que capturan algunas de las propiedades del objeto cuántico (capabitility de la interferencia y la posesión de impulso/posición, respectivamente), pero no son lo que realmente es.

Ahora, para estos objetos cuánticos (llamaré partículas a partir de ahora, simplemente porque ese es el término habitual, pero ten en cuenta que estas cosas no pequeñas gotas en el espacio), uno puede dibujar diagramas de Feynman que decir algo acerca de la probabilidad de que una determinada colección inicial de las partículas se convertirá en una colección de partículas finales. Cuando el dibujo de estos, cada línea corresponde a una partícula que se "propaga" a través del espacio-tiempo. Ahora puede suceder que hay líneas internas, yo.e líneas que no son al comienzo o al final en cualquier parte inicial o final del estado. Las partículas uno podría asociar a estas líneas internas se llama virtual, ya que, como resulta en el cálculo explícito, que no tienen que obedecer a la shell de las leyes de la física real partículas pueden tener energías que no coinciden con sus ímpetus y las masas, yo.e violan la masa-energía de las relaciones de la relatividad especial de las fuerzas sobre cada una de las partículas. Pero ya que no se conecte a inicial/final de los estados, que no puede ser observado, de ahí el término virtual.

Cada una de las partículas que hace clic en un detector es real, ya que es un estado cuántico que en realidad interactuado con algo (y nunca se va a medir un fotón que no obedece a la famosa $E = h\nu$$p = \frac{h}{\lambda}$). Partículas virtuales pueden ser imaginados como entrando y saliendo de la existencia durante la transición entre estados inicial y final, por lo tanto existentes por tiempo limitado, pero ese no es su definición de la propiedad - la violación de la en-shell leyes.

EDIT: Como se ha señalado, no he sido completamente riguroso en mi explicación aquí. Ver Frederic Brünner la respuesta para una buena discusión de advertencias y errores (y también bastante de las imágenes).

Answer 2

Respuesta corta: Una partícula virtual no es lo opuesto de un clásico de la partícula.

Mientras que la otra respuesta que captura algunos aspectos correctamente, todavía hay un par de fallos e imprecisiones que en la siguiente, voy a tratar de enderezar.

La dualidad onda-partícula

Estrictamente hablando, los objetos cuánticos son ni ondas ni partículas. Son entidades que se comportan como el uno o el otro, dependiendo de la situación. Yo, sin embargo, se refieren a ellos como partículas, como en el contexto de la teoría cuántica de campos la naturaleza cuántica es implícita.

La declaración de que las partículas son estados en un espacio de Fock es no es cierto en general. Esto sólo es cierto cuando estamos tratando con libre, es decir, que no interactúan las partículas. La teoría cuántica de campos no sería tan complicado como es, si todos hemos tenido que lidiar con partículas libres. La formulación precisa de un espacio de estado para la interacción de las teorías no se conoce. Existe, sin embargo, un formalismo que permite clasificar los estados físicos; la palabra clave es BRST simetría. Para obtener más detalles, consulte las respuestas a esta pregunta.

Desde el espacio de estado de las partículas es problemático, se utiliza como una descripción de lo que un objeto cuántico realmente es en el contexto de la dualidad onda-partícula es cuestionable.

Los fotones virtuales

Virtual fotones, o partículas virtuales en general, son relevantes en el contexto de los diagramas de Feynman. Estos últimos son una manera conveniente de forma gráfica la organización de la perturbación de la serie en la teoría cuántica de campos, lo que nos permite calcular diversos tipos de cantidades observables. A diferencia de los indicados en la otra respuesta, partículas virtuales no sólo corresponden a los bucles, pero todas las líneas internas en dichos diagramas. Además, las líneas en los diagramas de Feynman son no worldlines en el espacio-tiempo-los diagramas, y las líneas no corresponden a la propagación de las partículas en la realidad. El objeto de la física relevancia son los en - y fuera de los estados, que corresponden a bienes, cantidades mensurables (uno tiene que tener cuidado en el caso de que cuando uno está hablando de los llamados resonancias, pero esto es otra historia). Véase, por ejemplo, el siguiente diagrama:

Esto no debe ser entendido como un fotón (denotado por $\gamma$) propaga a través del espacio-tiempo como un estado intermedio, pero sólo como un matemático contribución a una serie de perturbaciones, donde el interno de la línea contribuye con una analíticas específicas cantidad. Los diagramas de Feynman son sólo herramientas matemáticas, y por lo tanto son partículas virtuales. Véase mi respuesta a esta pregunta para obtener más detalles.

La conexión: no hay ninguno

Sólo porque las partículas cuánticas no son partículas en el sentido clásico, esto no significa que ellos son partículas virtuales. El error lógico en su sugerencia es que las partículas virtuales y reales, clásica de las partículas no son opuestos.

Answer 3

Esto es cómo un experimentales considera que esta parte de la pregunta ( la onda/partícula de la dualidad ha sido abordado).

Por lo tanto, si los fotones invariablemente aparecen a exponer las características de las partículas virtuales,

Como se describe en la respuesta de Frederic, todas las líneas internas en los diagramas de Feynman son llamados por una partícula virtual del nombre. En la parcela en su respuesta se llama gamma, ya que lleva el giro de la gamma, PERO no de la masa de la gamma. En general, el intercambio líneas representan no sólo un propagador de la función dentro de las integrales, donde la masa es la masa de las partículas reales por ese nombre , pero también la conserva de números cuánticos de la partícula de modo que la entrada y salida de números cuánticos son conservadas. Virtual de electrones línea tiene la masa del electrón en el propagador de la función y también todos los números cuánticos de los electrones, la tirada, el número leptónico. Es una construcción matemática que nos permite calcular las probabilidades de interacción , la vida y los estados de spin para la entrada y salida de las partículas ( líneas en los diagramas de Feynman). Un fotón puede ser una línea externa, o una línea interna, es decir, un real sobre la masa ( 0) de la partícula, o un virtual masa shell uno entre la entrada y la salida real de las partículas.

Ahora la parte difícil:

¿por que no son en realidad partículas virtuales (incluso en el vacío)?

Todo lo que observamos, podemos observar debido a una interacción. Una interacción significa la entrada de partículas y de salida de las partículas. Tomemos un fotón de una estrella. Tendemos a pensar en la masa de shell, es decir, real. Golpea a nuestro ojo y genera una reacción química que nos dice una estrella está ahí, o la película de una cámara para el mismo efecto. Si uno quiere ser muy pedante, uno podría decir que el fotón que la leva de la estrella fue emitida por una interacción , un átomo deexcites y emite el fotón vemos, entonces, ¿por qué no virtual?

Porque no estamos en una posición para definir la entrada de la línea atom en la estrella y calcular la probabilidad de que un fotón virtual para golpear a un átomo de nuestro ojo. Es nuestra decisión lo que llamamos virtual y lo que llamamos real, por cómo configuramos el problema para calcular las características observables. Por ejemplo, en la de Feynman de la gráfica anterior los quarks y los gluones son considerados reales en los cálculos, sin embargo, nadie ha visto un quark o un gluon. Hemos visto chorros identificado como quark chorros y gluones chorros, han medido el ímpetu y la energía, y puede comprobar si el cálculo de la gráfica tiene sentido.

De todas estas respuestas debe llevar a la consecuencia de que "virtual" en la mente del físico que se establece el problema, ya sea para calcular ( teórico) o a medida (experimentales). Es una herramienta matemática.