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仮想粒子は本当に常に存在の中と外に飛び出るのですか? それとも、彼らは単に量子力学のための数学的な簿記装置ですか?

Gordon Kane、アナーバーのミシガン大学の理論物理学のためのミシガンセンターのディレクターは、この答えを提供します。

仮想粒子は実際には実際の粒子です。 量子論は、すべての粒子がすべての可能な方法で他の粒子の組み合わせとしていくつかの時間を費やすと予測しています。 これらの予測は非常によく理解され、テストされています。

量子力学は、エネルギーの保存の一時的な違反を可能にし、実際に必要とするので、一つの粒子はより重い粒子(いわゆる仮想粒子)のペアになることが それがすべて起こったならば、それは量子力学の本質的な部分であり、非常によくテストされており、完全で緊密に織り込まれた理論であるため、本当の効果であると確信しています-それの一部が間違っていた場合、構造全体が崩壊するでしょう。

しかし、仮想粒子は簡単に私たちの世界の一部ですが、他の粒子と相互作用することができ、それは仮想粒子に関する量子力学的予測の多くのテス 最初のテストは1940年代後半に理解されました。 水素原子では、電子と陽子は光子(電磁場の量子)によって一緒に結合されています。 これは上記のように量子力学によって許可されているので、すべての光子は、仮想電子プラスその反粒子、仮想陽電子としていくつかの時間を費や 水素原子は、偶然にも同じエネルギーを持っているように見える2つのエネルギー準位を持っています。 しかし、原子がそれらのレベルの1つにあるとき、それはそれが他のものにあるときよりも仮想電子と陽電子と異なって相互作用するので、それらの そのシフトはWillis Lambによって測定され、Lamb shiftが生まれ、最終的にノーベル賞が授与されました。 クォークは電子によく似た粒子ですが、強い力を介して相互作用するという点で異なります。

クォークは電子によく似ていますが、強い力を介して相互 軽いクォークのうちの2つ、いわゆる「アップ」と「ダウン」クォークは、陽子と中性子を構成するために一緒に結合します。 「トップ」クォークは、6種類のクォークの中で最も重いクォークです。 1990年代初頭には存在すると予測されていたが、どの実験でも直接見られることはなかった。 欧州素粒子物理学研究所CERNのLEP衝突型加速器では、何百万ものZボソン(中性の弱い相互作用を媒介する粒子)が生成され、その質量は非常に正確に測定されました。 素粒子物理学の標準モデルはZボソンの質量を予測するが、測定値は少し異なっていた。 この小さな違いは、そのようなトップクォークが一定の質量を持っている場合、Zが仮想トップクォークとして過ごした時間の観点から説明できます。 数年後にシカゴ近郊のフェルミ国立加速器研究所のテバトロン衝突型加速器でトップクォークの質量を直接測定したところ、この値は仮想粒子解析から得られた値と一致し、仮想粒子の理解の劇的なテストを提供した。

何人かの読者が調べたいかもしれないもう一つの非常に良いテストは、ここで説明するスペースがないカシミール効果で、空の空間の金属板間の力が仮想粒子の存在によって変更されます。したがって、仮想粒子は実際には現実であり、物理学者が測定方法を考案した観測可能な効果を有する。

したがって、仮想粒子は実際には実 それらの特性と結果は、量子力学の十分に確立され、よく理解された結果である。