Gordon Kane, Michiganin yliopiston teoreettisen fysiikan keskuksen johtaja Ann Arborissa, antaa tähän vastauksen.

Virtuaalihiukkaset ovat todellakin todellisia hiukkasia. Kvanttiteoria ennustaa, että jokainen hiukkanen viettää jonkin aikaa muiden hiukkasten yhdistelmänä kaikilla mahdollisilla tavoilla. Nämä ennusteet ovat erittäin hyvin ymmärrettyjä ja testattuja.

kvanttimekaniikka sallii ja vaatii tilapäisiä energian säilymisen loukkauksia, joten yhdestä hiukkasesta voi tulla pari raskaampaa hiukkasta (niin sanottuja virtuaalihiukkasia), jotka nopeasti liittyvät takaisin alkuperäiseen hiukkaseen ikään kuin niitä ei olisi koskaan ollutkaan. Jos siinä olisi kaikki, olisimme silti varmoja, että se oli todellinen vaikutus, koska se on olennainen osa kvanttimekaniikkaa, joka on erittäin hyvin testattu, ja se on täydellinen ja tiukasti kudottu teoria-jos jokin osa siitä olisi väärässä, koko rakenne romahtaisi.

mutta vaikka virtuaalihiukkaset ovat lyhyesti osa maailmaamme, ne voivat vuorovaikuttaa muiden hiukkasten kanssa, mikä johtaa useisiin virtuaalihiukkasia koskevien kvanttimekaanisten ennusteiden testeihin. Ensimmäinen testi ymmärrettiin 1940-luvun lopulla. Vetyatomissa fotonit sitovat elektronin ja protonin toisiinsa (sähkömagneettisen kentän kvantti). Jokainen fotoni viettää jonkin aikaa virtuaalielektronina ja sen antihiukkasena, virtuaalisena positronina, koska kvanttimekaniikka sallii tämän edellä kuvatulla tavalla. Vetyatomilla on kaksi energiatasoa, joilla sattumalta näyttää olevan sama energia. Mutta kun atomi on yhdellä näistä tasoista, se vuorovaikuttaa eri tavalla virtuaalisen elektronin ja positronin kanssa kuin toisella, joten niiden energiat siirtyvät hieman näiden vuorovaikutusten vuoksi. Tuon vuoron mittasi Willis Lamb ja syntyi Lammasvuoro, josta lopulta myönnettiin Nobel-palkinto.

kvarkit ovat hiukkasia, jotka muistuttavat paljon elektroneja, mutta eroavat siinä, että ne myös vuorovaikuttavat voimakkaan voiman kautta. Kaksi kevyempää kvarkkia, niin kutsutut” ylös ”ja” alas ” kvarkit, sitoutuvat yhteen muodostaen protoneja ja neutroneja. ”Ylin” kvarkki on painavin kuudesta kvarkkityypistä. 1990-luvun alussa sen oli ennustettu olevan olemassa, mutta sitä ei ollut suoraan nähty missään kokeessa. Euroopan hiukkasfysiikan laboratorion CERNin Lep-törmäyttimessä syntyi miljoonia Z-bosoneja, neutraaleja heikkoja vuorovaikutuksia välittäviä hiukkasia, ja niiden massa mitattiin hyvin tarkasti. Hiukkasfysiikan standardimalli ennustaa Z-bosonin massan, mutta mitattu arvo poikkesi hieman toisistaan. Tämä pieni ero voitaisiin selittää sillä, kuinka kauan Z vietti virtuaalisena yläkvarkkina, jos tällaisella yläkvarkilla olisi tietty massa. Kun kvarkin huippumassaa mitattiin suoraan muutamaa vuotta myöhemmin Fermin kansallisen Kiihdytinlaboratorion Tevatronitörmäyttimellä Chicagon lähellä, arvo oli yhtä kuin virtuaalihiukkasanalyysissä saatu arvo, joka tarjosi dramaattisen testin virtuaalihiukkasten ymmärtämiselle.

toinen erittäin hyvä testi jotkut lukijat voivat haluta etsiä, mitä meillä ei ole tilaa kuvata tässä, on Casimir-ilmiö, jossa metallilevyjen väliset voimat tyhjässä tilassa muuttuvat virtuaalihiukkasten läsnä ollessa.

näin virtuaalihiukkaset ovat todellakin todellisia ja niillä on havaittavia vaikutuksia, jotka fyysikot ovat keksineet mittaustapoja. Niiden ominaisuudet ja seuraukset ovat vakiintuneita ja hyvin ymmärrettyjä kvanttimekaniikan seurauksia.