Віртуальна частка

Віртуальна частка - деякий абстрактний об'єкт в квантової теорії поля. володіє квантовими числами однією з реальних елементарних частинок (з масою m), для якого, однак, не виконується звичайна зв'язок між енергією і імпульсом (тобто E 2 ≠ m 2 c 4 + p 2 c 2 \ not = m ^ c ^ + p ^ c ^>). Віртуальні частки не можуть «полетіти на нескінченність»; вони народжуються і зобов'язані або поглинути будь-якої часткою, або розпастися. Можна сказати, що віртуальні частинки - це і є те, як відбувається взаємодія.

Віртуальність частки характеризується релятивістськи-інваріантною величиною Q 2 = E 2 - p 2 c 2 - m 2 c 4 = E ^ -p ^ c ^ -m ^ c ^>. причому Q 2> може бути як позитивною, так і негативною величиною. Область значень E і p, при яких віртуальність дорівнює нулю, називається масової поверхнею або масової оболонкою частки.

Хоча маса і енергія віртуальних частинок не обмежені, їх існування не порушує закон збереження енергії. оскільки час існування віртуальних частинок обмежена принципом невизначеності:

тобто чим більше енергія E віртуальної частинки, тим менший час t вона може існувати. Тому в природі можуть існувати такі поля, як поле Хіггса і поле слабкої взаємодії. хоча їх частки дуже масивні. Однак, радіус дії масивних полів обмежений. Навпаки, у безмассових полів, таких як електромагнітне і гравітаційне. час існування віртуальних частинок, а отже, і радіус дії, не обмежені.

Віртуальні частки - це більшою мірою математичне явище, ніж фізична реальність. Дійсно, в квантової теорії поля в точних висловах для процесів взаємодії реальних частинок ніякі віртуальні частинки не фігурують. Якщо ж, однак, спробувати спростити влучний вислів в рамках теорії збурень. розклавши його в ряд по константі взаємодії (малому параметру теорії), то виникає нескінченний набір доданків. Кожен з членів цього ряду виглядає так, немов у процесі взаємодії породжуються і зникають об'єкти, що володіють квантовими числами реальних частинок. Однак ці об'єкти поширюються в просторі за законом, відмінному від реальних частинок, і тому якщо їх трактувати як випускання і поглинання частинки, то доведеться прийняти, що для них не виконується зв'язок між енергією і імпульсом. Таким чином, віртуальні частинки з'являються тільки тоді, коли ми певним чином спрощуємо вихідне вираз.

Втім, незважаючи на деяку фіктивність поняття «віртуальна частинка», у багатьох випадках це вкрай зручний мову для опису взаємодії. Зокрема, громіздкість обчислення процесів різко знижується, якщо попередньо скласти правила народження, знищення та поширення цих віртуальних частинок (правила Фейнмана) і зобразити процес графічно, за допомогою Фейнмановских діаграм.