Gordon Kane, direttore del Michigan Center for Theoretical Physics presso l’Università del Michigan ad Ann Arbor, fornisce questa risposta.

Le particelle virtuali sono effettivamente particelle reali. La teoria quantistica prevede che ogni particella trascorre un po ‘ di tempo come combinazione di altre particelle in tutti i modi possibili. Queste previsioni sono molto ben comprese e testate.

La meccanica quantistica consente, e in effetti richiede, violazioni temporanee della conservazione dell’energia, quindi una particella può diventare una coppia di particelle più pesanti (le cosiddette particelle virtuali), che si ricongiungono rapidamente nella particella originale come se non fossero mai state lì. Se fosse tutto ciò che è accaduto saremmo ancora sicuri che è stato un effetto reale perché è una parte intrinseca della meccanica quantistica, che è estremamente ben testata, ed è una teoria completa e strettamente intrecciata-se una parte di essa fosse sbagliata l’intera struttura collasserebbe.

Ma mentre le particelle virtuali sono brevemente parte del nostro mondo, possono interagire con altre particelle, e questo porta a una serie di test delle previsioni quantomeccaniche sulle particelle virtuali. Il primo test è stato capito alla fine del 1940. In un atomo di idrogeno un elettrone e un protone sono legati insieme dai fotoni (i quanti del campo elettromagnetico). Ogni fotone trascorrerà un po ‘ di tempo come un elettrone virtuale più la sua antiparticella, il positrone virtuale, poiché questo è permesso dalla meccanica quantistica come descritto sopra. L’atomo di idrogeno ha due livelli di energia che per coincidenza sembrano avere la stessa energia. Ma quando l’atomo si trova in uno di quei livelli interagisce in modo diverso con l’elettrone e il positrone virtuali rispetto a quando si trova nell’altro, quindi le loro energie sono spostate un po ‘ a causa di quelle interazioni. Tale spostamento è stato misurato da Willis Lamb e il turno Agnello è nato, per il quale un premio Nobel è stato infine assegnato.

I quark sono particelle molto simili agli elettroni, ma diverse in quanto interagiscono anche attraverso la forza forte. Due dei quark più leggeri, i cosiddetti quark” up “e” down”, si legano insieme per formare protoni e neutroni. Il quark” top ” è il più pesante dei sei tipi di quark. Nei primi anni 1990 era stato previsto che esistesse, ma non era stato visto direttamente in nessun esperimento. Al collisore LEP del CERN, il laboratorio europeo di fisica delle particelle, sono stati prodotti milioni di bosoni Z-le particelle che mediano le interazioni deboli neutre-e la loro massa è stata misurata in modo molto accurato. Il modello standard della fisica delle particelle predice la massa del bosone Z, ma il valore misurato differiva leggermente. Questa piccola differenza potrebbe essere spiegata in termini di tempo trascorso dalla Z come quark top virtuale se tale quark top avesse una certa massa. Quando la massa di quark superiore è stata misurata direttamente alcuni anni dopo al Tevatron collider presso il Fermi National Accelerator Laboratory vicino a Chicago, il valore è stato concordato con quello ottenuto dall’analisi delle particelle virtuali, fornendo un test drammatico della nostra comprensione delle particelle virtuali.

Un altro ottimo test che alcuni lettori potrebbero voler cercare, che non abbiamo spazio per descrivere qui, è l’effetto Casimir, in cui le forze tra piastre metalliche nello spazio vuoto sono modificate dalla presenza di particelle virtuali.

Quindi le particelle virtuali sono davvero reali e hanno effetti osservabili che i fisici hanno escogitato modi di misurare. Le loro proprietà e conseguenze sono conseguenze ben consolidate e ben comprese della meccanica quantistica.