Isabel, miembro de este gran staff, nos hizo el favor de redactar este escrito porque domina perfectamente el tema.
Solución:
Las partículas virtuales se refieren a características reales distintas de cero en los campos cuánticos de los objetos reales, pero son características que no son partículas en muchos sentidos, por lo que no debe esperar nada de que se denominen “partículas”.
Básicamente, la idea de las partículas virtuales se inventó como un dispositivo para cuando quieres mantener la imagen de las partículas mientras haces física cuántica. Tenga en cuenta que sabemos que en realidad nada es realmente una partícula, sino que los campos cuánticos son los objetos fundamentales. Podemos derivar movimientos similares a partículas en campos, pero los campos también muestran otros comportamientos. Si insiste en que todo sea de alguna manera una partícula, entonces estos otros comportamientos deben ser reconocidos y tratados con cuidado. Alguien decidió que se llamarán “partículas virtuales”.
Por ejemplo, tomemos un átomo de hidrógeno, un protón y un electrón ligados. Seguro que hay un campo electromagnético real dentro del átomo, que lo mantiene unido. Este campo electromagnético ciertamente no es una partícula en ningún sentido clásico. Con los campos cuánticos podemos optar por representar el campo electromagnético en términos de fotones (es decir, utilizando una base de estados similar a un fotón para describir el campo). Pero al hacerlo, vemos que los fotones dentro de un átomo de hidrógeno no son como los fotones radiantes familiares en el espacio libre, sino algo más, virtual de alguna manera.
Una vez más, lo único fundamental y real es el campo cuántico, al que no le importan las distinciones que elijamos hacer entre partículas reales y virtuales, o entre partículas y ondas. Sin embargo, nos gusta inventar nombres divertidos para ayudarnos a entender la realidad. Pero quizás el término “partícula virtual” sea más engañoso que útil.
Las partículas virtuales no son observables por definición. Representan “líneas internas” en los diagramas de Feynman. Por ejemplo, este diagrama:
Aquí dos electrones se mueven uno hacia el otro, interactúan y luego se alejan el uno del otro. Las líneas externas representan electrones “reales” que podemos medir / observar. La línea interna aquí es una excitación del campo electromagnético que llamamos un “fotón virtual”. Del mismo modo, electrones / quarks / gluones virtuales / etc. todos corresponden a líneas internas en los diagramas de Feynman. Entonces, las partículas virtuales no son observables por definición. Si fueran observables, no serían virtuales.
El true los mediadores de fuerzas son los campos cuánticos.
En los siguientes dos ensayos míos recientes se ofrece una discusión exhaustiva de las partículas virtuales y sus propiedades (y posible forma de existencia):
La física de las partículas virtuales
Conceptos erróneos sobre las partículas virtuales
De la introducción al segundo ensayo:
” Las partículas virtuales se definen como (imágenes intuitivas de) líneas internas en un diagrama de Feynman. Su nombre deriva por analogía a las líneas externas, que pueden estar vinculadas a partículas observables estables o inestables. El vector de 4 momentos de una partícula virtual tiene el significado físico de una variable de integración en la integral correspondiente al diagrama, y toma todos los valores posibles, haciéndolo fuera de caparazón.
Los estados que involucran partículas virtuales no se pueden crear ya que la teoría cuántica de campos tiene operadores de creación solo para partículas observables cuyo 4-momento satisface la restricción de masa-capa. A falta de un estado, las partículas virtuales no tienen ninguna de las características físicas habituales de las partículas reales: no se puede decir que existan en el espacio y el tiempo, no tienen posición, no tienen probabilidades significativas de ser creadas o destruidas en cualquier lugar, no tienen tiempo de vida, no pueden causar algo, interactuar con algo o afectar a algo. Por lo tanto, tampoco hay dinámica, velocidad de movimiento o líneas del mundo. (En física, la dinámica siempre está ligada a estados y una ecuación de movimiento. Tampoco existe para las partículas virtuales). […]
La única forma en que la teoría justifica el lenguaje dinámico habitual de las partículas virtuales es como una analogía puramente figurativa en la “realidad virtual”, útil para charlas informales sobre fórmulas complicadas y para resúmenes superficiales en conferencias que capturan la imaginación de la audiencia.
Esto debe tenerse en cuenta al leer en publicaciones científicas profesionales declaraciones que involucren partículas virtuales. De lo contrario, muchas declaraciones se vuelven completamente engañosas, invitando a una visión mágica de la microfísica y la especulación extraña, sin el más mínimo apoyo en la teoría o el experimento ”.
Esto es solo la punta de un iceberg …
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