sunt particule virtuale într-adevăr în mod constant popping în și din existență? Sau sunt doar un dispozitiv matematic de contabilitate pentru mecanica cuantică?
Gordon Kane, directorul Centrului Michigan pentru Fizică Teoretică de la Universitatea Michigan din Ann Arbor, oferă acest răspuns.
particulele virtuale sunt într-adevăr particule reale. Teoria cuantică prezice că fiecare particulă petrece ceva timp ca o combinație de alte particule în toate modurile posibile. Aceste predicții sunt foarte bine înțelese și testate.
mecanica cuantică permite și necesită într-adevăr încălcări temporare ale conservării energiei, astfel încât o particulă poate deveni o pereche de particule mai grele (așa-numitele particule virtuale), care se reunesc rapid în particula originală ca și cum nu ar fi fost niciodată acolo. Dacă asta ar fi tot ceea ce s-a întâmplat, am fi încă încrezători că a fost un efect real, deoarece este o parte intrinsecă a mecanicii cuantice, care este extrem de bine testată și este o teorie completă și strâns țesută-dacă orice parte a acesteia ar fi greșită, întreaga structură s-ar prăbuși.dar, în timp ce particulele virtuale sunt pe scurt parte a lumii noastre, ele pot interacționa cu alte particule, ceea ce duce la o serie de teste ale predicțiilor cuantico-mecanice despre particulele virtuale. Primul test a fost înțeles la sfârșitul anilor 1940. Într-un atom de hidrogen, un electron și un proton sunt legați împreună de fotoni (cuantele câmpului electromagnetic). Fiecare foton va petrece ceva timp ca un electron virtual plus antiparticula sa, pozitronul virtual, deoarece acest lucru este permis de mecanica cuantică așa cum este descris mai sus. Atomul de hidrogen are două niveluri de energie care, întâmplător, par să aibă aceeași energie. Dar când atomul se află într-unul dintre aceste niveluri, interacționează diferit cu electronul virtual și pozitronul decât atunci când este în celălalt, astfel încât energiile lor sunt deplasate puțin din cauza acestor interacțiuni. Această schimbare a fost măsurată de Willis Lamb și s-a născut schimbarea Mielului, pentru care a fost acordat în cele din urmă un Premiu Nobel.
Quarcurile sunt particule asemănătoare electronilor, dar diferite prin faptul că interacționează și prin forța puternică. Doi dintre quarcii mai ușori, așa-numiții quarci „sus” și „jos”, se leagă împreună pentru a alcătui protoni și neutroni. Quarcul „de sus” este cel mai greu dintre cele șase tipuri de quarci. La începutul anilor 1990 se prezisese că există, dar nu fusese văzut direct în niciun experiment. La colizorul LEP de la laboratorul european de fizică a particulelor CERN, au fost produse milioane de bosoni Z-particulele care mediază interacțiunile slabe neutre-și masa lor a fost măsurată foarte precis. Modelul Standard al fizicii particulelor prezice masa bosonului Z, dar valoarea măsurată diferă puțin. Această mică diferență ar putea fi explicată în termeni de timp Z petrecut ca un quark virtual de top dacă un astfel de quark de top ar avea o anumită masă. Când masa quarkului superior a fost măsurată direct câțiva ani mai târziu la acceleratorul Tevatron de la Laboratorul Național de accelerare Fermi din apropiere de Chicago, valoarea a fost de acord cu cea obținută din analiza particulelor virtuale, oferind un test dramatic al înțelegerii noastre a particulelor virtuale.
Un alt test foarte bun pe care unii cititori ar putea dori să-l caute, pe care nu avem spațiu să-l descriem aici, este efectul Casimir, unde forțele dintre plăcile metalice din spațiul gol sunt modificate de prezența particulelor virtuale.astfel, particulele virtuale sunt într-adevăr reale și au efecte observabile pe care fizicienii le-au conceput pentru a le măsura. Proprietățile și consecințele lor sunt consecințe bine stabilite și bine înțelese ale mecanicii cuantice.