Beginnen reale Teilchen als virtuelle Teilchen?

Die Vorstellung, dass ein virtuelles Teilchen nicht genug Energie hat, um real zu werden, ist zutiefst falsch. Es zwingt einem virtuellen Teilchen viel zu viel Realität auf.

Betrachten Sie das virtuelle Photon in tiefinelastischer Streuung (DIS):

Es hat viel Energie. Bei SLAC kann es ein 40-GeV-Strahl sein, der in das berühmte 8-GeV-Spektrometer gestreut wird. Das sind 32 GeV Energie, die vom Elektron zum Proton gehen. Was ist der Schwung? Nun, es ist mehr. Für jeden echten Strahl/gestreutes Elektron:

Natürlich gibt es einen Rahmen, in dem die Energie 0 ist und der quadratische Impuls negativ ist ... das ist einfach die Natur von$t$-Kanalstreuung.

Wie wäre es mit$s$-Kanalvernichtung? Auch in der Z-Fabrik von SLAC wurden 40-GeV-Positronen und Elektronen kollidiert:

Jetzt hat dieses virtuelle Photon$\nu=80\,$GeV und Nullimpuls im Labor. Es kann nicht echt sein. Es hat die Energie, aber es ist stationär, und Licht muss ankommen$c$.

Welche Energie hat ein Elektron in einer Vakuum-Polarisationsschleife:

Es ist alles, was Sie wollen. Die Auswertung in einem Streudiagramm oder des Grundzustands eines Wasserstoffatoms erfordert die Integration über alle positiven und negativen Energien (trotz Renormierung).

Ich weiß, dass die Idee aus der populären Quantenfeldtheorie stammt, wo das virtuelle Teilchen immer mit einer Handbewegung in die Heisenberg-Unschärferelation eingeführt wird .... Ausleihen, Knallen usw.

Das schadet mehr als es nützt. Es widerspricht oder verschleiert zumindest viele wichtigere Quantenkonzepte, wie zum Beispiel: Eigenzustände sind stationäre Zustände, sie haben keine zeitveränderlichen Observablen. Außerdem: Das Vakuum ist Lorentz-Boost-invariant. (Fangen Sie mich nicht mit der Higgs-als-Melasse-Analogie an). Es ist schwer, sich ein sprudelndes Meer von Partikeln vorzustellen, das zeit- und schubinvariant ist.

Wenn also ein Zustand, z. B. ein Elektron in einem Strahl und ein Proton in einem flüssigen Wasserstoff, in einen Endzustand übergeht: ein Elektron im 8-GeV-Spektrometer und ein Proton, das um die Endstation A gesprüht wird (siehe 1. Diagramm), das EM und das Quark /Gluon-Felder nehmen alle möglichen Konfigurationen an (kohärent und einige nicht zB externe Strahlungskorrekturen), und eine analytische Lösung ist unlösbar.

Das Problem wird durch die Störungstheorie gelöst, in der die Feldkonfiguration/-entwicklung durch Diagramme mit virtuellen Teilchen über immer größer werdende Komplexität beschrieben wird. Das ist es.

Trotzdem können sie sehr lehrreich sein. Das virtuelle DIS-Photon hat eine durch definierte longitudinale und transversale Polarisation$k^{\mu}$Und$k'^{\mu}$das beeinflusst, wie es vom Ziel gestreut wird. Die Kinematik der$\gamma^*$kann Ihnen sagen, wann Sie von Ladungen oder von magnetischen Momenten streuen.

Wenn der Strahl oder das Target polarisiert ist, hat das virtuelle Photon eine zirkulare Polarisation, die sich wie erwartet in Bezug auf die Streuung an Spin-Anfangs- und -Endzuständen verhält. (Es kann auch stören$Z^0$-Austausch, als ob wir über zwei Pfade auf einem Lasertisch sprechen würden).

Virtuelle Partikel sind in dieser Hinsicht sehr nützlich.

Es gibt eine Tatsache, die entfernt dem Witz „nicht genug Energie“ ähnelt: as

(elastische Vorwärtsstreuung):

was keine Interaktion ist. An der Grenze interagieren die Teilchen nicht, das Austauschphoton nähert sich dem Zustand "on-shell" oder real.

Die Quantenfeldtheorie (QFT) entwickelte sich als theoretisches Modell, als Experimente in der Quantenmikrowelt kompliziert wurden und nicht mit einem einfachen Potential und einer entsprechenden Wellenfunktion modelliert werden konnten. Es basiert auf den Postulaten der Quantenmechanik, dh es verwendet die ebenen (potentialfreien) Wellenfunktionen der den Teilchen entsprechenden Gleichungen (Dirac, KleinGordon, Maxwell) als Grundlage, auf der viele Teilchenzustände modelliert werden können. Mit der Verwendung von Feynman-Diagrammen für die Berechnungen war es sehr erfolgreich bei der Modellierung der Daten und der Vorhersage von Daten.

Virtuelle Teilchen sind ein direktes Artefakt der Feynman-Diagramme, siehe diesen einfachen Fall :

Was real ist, dh die vier im Labor messbaren Impulse, sind die einfallenden Teilchen und die austretenden Teilchen. Die Verbindungslinie wird "virtuelles Photon" genannt, weil sie die Quantenzahlen eines Photons trägt, damit die Quantenzahlen erhalten bleiben sollten, ABER der der Linie zugeordnete Vierervektor ist nicht auf Massenschale .

Die virtuellen Linien in komplizierten Diagrammen tragen die Quantenzahlen, sind aber außerhalb der Massenhülle. Die Masse variiert zwischen den Grenzen der Feynman-Integrale, die zur Berechnung des Prozesses verwendet werden. Virtuelle Teilchen sind mnemonische Platzhalter für die Quantenzahlen, die in vielen ausgehenden Teilchendiagrammen sehr kompliziert werden.

Für Ihre Frage ist es wichtig, die mit jeder virtuellen Linie verbundene Ausbreitungsfunktion zu verstehen . Wenn Sie die Beispiele sehen, hat es die Masse des zugewiesenen Namensteilchens als Pol in der Funktion, die das Feynman-Diagramm darstellt. Reale Teilchen ergeben eine Singularität für diese Funktion.

„beginnt“ jedes reale Teilchen als virtuelles Teilchen? Denn technisch gesehen musste es diese Energie bekommen, um real zu werden, richtig?

Im theoretischen Prinzip könnte das gesamte Universum durch eine Quantenwellenfunktion beschrieben werden, alle ihre Teilchen als virtuell beschrieben werden. Die Realität ergibt sich aus der Breite, wie weit vom Massenpol des Teilchens der es beschreibende Vierervektor entfernt ist. Das unterscheidet reale Teilchen von virtuellen. Die einfallenden Protonen im LHC sind real, weil ihre Masse innerhalb winziger, nicht messbarer, experimenteller Fehler festgelegt ist, und wir leben deshalb in der Welt der klassischen Mechanik. Die virtuelle Konstruktion des Feynman-Diagramms, das die Wechselwirkung beschreibt, kann nicht als real bezeichnet werden.

Sehen Sie sich dieses Diagramm für die Compton-Streuung an:

Hier ist das virtuelle Teilchen das Elektron. Es befindet sich ein ausgehendes Elektron, also auf Massehülle, die Energie wird aus der einfallenden Photonenenergie gewonnen.

Es ist irreführend, nur in QFT-Begriffen zu denken, imo, man sollte sich ansehen, was das Modell modelliert.

Der Raum besteht aus verschiedenen Quantenfeldern und diese Teilchen sind nur Anregungen dieser Felder.

Ein freies reales Teilchen kann nicht durch Anregung eines Quantenfeldes modelliert werden, da die Wahrscheinlichkeit, es zu finden, überall im Raum wäre (ebene Welle). Dazu muss die Wavepacket- Lösung verwendet werden. (Glücklicherweise brauchen Feynman-Diagramme es nicht)