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Hilo: Particulas virtuales

  1. #1
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    Predeterminado Particulas virtuales

    Buenos días. Tengo algunas dudas y agradecería si alguien me las aclara.
    1. ¿Puede alguien explicarme qué es una partícula virtual?
    2. ¿Todos los bosones son partículas virtuales? Yo entiendo que al menos el fotón es una partícula real y no virtual.
    3. Tampoco entiendo la relación que pueda haber entre partículas virtuales y los pares partícula-antipartícula.

    Gracias y un saludo

  2. #2
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    Predeterminado Re: Particulas virtuales

    Hola.

    Antes de responder a "qué es una partícula virtual", hay que responder a "qué es una partícula". En teoría cuántica de campos, estrictamente hablando, no hay "partículas" en el sentido de bolitas localizadas. Lo que hay son campos, que se extienden por todo el espacio, como, por ejemplo, el campo eléctrico o el campo magnético. Los campos clásicos pueden tomar cualquier valor. Pueden ser arbitrariamente pequeños. Sin embargo, los campos cuánticos tienen unas propiedades que hacen que su energía sea siempre múltiplo de la frecuencia del campo. En este sentido, resulta util describir un campo electromagnético mediante un estado dado por un número de "fotones", que no son bolitas, sino modos de excitación del campo. Un fotón "real", que se propaga libremente, tiene una energía que es \hbar \omega, y un momento que es \hbar \vec k.

    Tras esta introducción, respondo a tus preguntas, añadiendo unas cuestiones previas.

    -1) ¿Qué es una partícula? Es un modo de excitación de un campo cuántico.

    0) ¿Qué es una partícula real? Es un modo de exitación de un campo cuántico con energía E= \hbar \omega, y un momento \vec p = \hbar \vec k, que cumple
    E^2 = c^2 p^2 + m^2 c^4, y que por tanto puede propagarse libremente, y llegar a nuestros detectores.

    1) ¿Qué es una partícula virtual? Es un modo de excitación de un campo cuántico, que no cumple E^2 = c^2 p^2 + m^2 c^4, y por tanto, no puede propagarse libremente y ser detectado. Típicamente una partícula virtual surge durante un periodo muy corto de tiempo, y se intercambia entre partículas reales.

    2) ¿Todos los bosones son particulas virtuales? No. Un boson dado (por ejemplo un fotón), puede aparecer, según el caso, como una partícula real, o como una partícula virtual. Del mismo modo, un fermión (por ejemplo un electrón), puede aparecer como una partícula real o como una partícula virtual. En ambos casos, son excitaciones de campos, bosónicos o fermiónicos.

    3) Una partícula virtual (vista siempre como una excitación de un campo), puede dar lugar a dos partículas reales. Por ejemplo, un fotón virtual, con energía E=1.022 MeV y momento p=0, puede dar lugar a un electron real con E=0.511 MeV y momento p=0, y a un positrón real con E=0.511 MeV y momento p=0. En este proceso, se conserva la energía, el momento, la carga eléctrica, y el electron y el positrón cumplen E^2 = c^2 p^2 + m^2 c^4.

    Saludos

  3. 6 usuarios dan las gracias a carroza por este mensaje tan útil:

    Alofre (19/11/2017),Alriga (15/11/2017),arivasm (15/11/2017),Jaime Rudas (15/11/2017),Richard R Richard (15/11/2017),Sagitario A (11/12/2017)

  4. #3
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    Predeterminado Re: Particulas virtuales

    Aunque el hilo sea de Pola, permitidme que le pida a carroza una aclaración (o ampliación), y se refiere a lo que subrayo

    Cita Escrito por carroza Ver mensaje
    0) ¿Qué es una partícula real? Es un modo de exitación de un campo cuántico con energía E= \hbar \omega, y un momento \vec p = \hbar \vec k, que cumple
    E^2 = c^2 p^2 + m^2 c^4, y que por tanto puede propagarse libremente, y llegar a nuestros detectores.

    1) ¿Qué es una partícula virtual? Es un modo de excitación de un campo cuántico, que no cumple E^2 = c^2 p^2 + m^2 c^4, y por tanto, no puede propagarse libremente y ser detectado. Típicamente una partícula virtual surge durante un periodo muy corto de tiempo, y se intercambia entre partículas reales.
    Doy las gracias de antemano
    A mi amigo, a quien todo debo.

  5. #4
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    Predeterminado Re: Particulas virtuales

    Cita Escrito por carroza Ver mensaje
    3) Una partícula virtual (vista siempre como una excitación de un campo), puede dar lugar a dos partículas reales. Por ejemplo, un fotón virtual, con energía E=1.022 MeV y momento p=0, puede dar lugar a un electron real con E=0.511 MeV y momento p=0, y a un positrón real con E=0.511 MeV y momento p=0. En este proceso, se conserva la energía, el momento, la carga eléctrica, y el electron y el positrón cumplen E^2 = c^2 p^2 + m^2 c^4
    A mí también me gustaría aclaración del punto 3) pues no lo acabo de entender. Creía que si tenemos un fotón virtual de E=1022 MeV su tiempo de vida estaba restringido a como máximo

    \Delta t \approx \dfrac{\hbar}E=6.44 \cdot 10^{-25} \ s

    Si en ese minúsculo tiempo, por ejemplo justo a la mitad de él, se creaban a partir del fotón virtual un electrón y un positrón, creía que ambos serían también virtuales, no reales, y que vivirían como máximo la otra mitad del tiempo de vida que le quedaba al fotón si no hubiese creado el par.

    Gracias y saludos.
    Última edición por Alriga; 15/11/2017 a las 17:28:08.
    "Das ist nicht nur nicht richtig, es ist nicht einmal falsch!"

  6. #5
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    Predeterminado Re: Particulas virtuales

    Hola de nuevo.

    Agradezco mucho a Carroza su explicación y a Arivasm y Alriga sus aportaciones. Aunque debo decir que ya os metéis en conversaciones entre expertos y uno empieza a perderse. Por supuesto no es más que una limitación de los que participamos como aficionados, en la que no tenéis ninguna responsabilidad. Y vuestras preguntas siempre añaden profundidad a la respuesta.

    Voy a tratar de exponer lo que creo que he entendido y las dudas que tengo. Si puedes extender algo más tu explicación y corregirme en lo que estoy equivocado, te lo agradeceré.

    1. Por lo que explicas, me da la impresión de que la energía de una partícula real depende en parte de su momento y en parte de su masa. Me gustaría saber si lo he entendido bien.

    2. Parece ser, (o así lo estoy interpretando) que por ésa razón, las partículas reales pueden propagarse libremente.

    3. Me parece entender que como en las partículas virtuales no se cumple ésa relación entre su energía – momento – masa, no se pueden propagar libremente. Si lo he entendido bien, se me platean 2 dudas: la primera, cuál es la relación que se da en las partículas virtuales: qué relación sustituye a ésa que explicas en tu respuesta. La segunda, qué relación hay entre la capacidad de propagación y la energía. Creo que en parte, es lo que pregunta Arisvam.

    4. Me ha parecido entender que una partícula virtual puede dar lugar a dos partículas reales. (Aunque habría que aclarar primero la cuestión que plantea Alriga). Supongo que dos partículas reales pueden dar lugar a una partícula virtual. Entiendo, que ésas partículas reales son pares partícula-antipartícula. Lo que no entiendo, es cuál es el mecanismo o la causa que hace que ése proceso se ponga en marcha o no.

    Perdona el rollo y gracias de nuevo, Carroza.
    Última edición por Pola; 15/11/2017 a las 22:54:09.

  7. 2 usuarios dan las gracias a Pola por este mensaje tan útil:

    Alofre (19/11/2017),inakigarber (16/11/2017)

  8. #6
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    Predeterminado Re: Particulas virtuales

    Hola.

    A ver si puedo aclarar las cuestiones de Arivasm y Alriga, sin perder a Pola.

    Imaginemos, como ejemplo de un campo, la superficie de un estanque. La altura del agua, H(x,y,t), es nuestro campo, que depende de la posición (x,y), y del tiempo, t. Si la altura es constante, no tenemos ninguna excitación. Si, en una zona del estanque, perturbamos la altura del agua, por ejemplo con unos pistones, producimos una "excitación" del campo, que se propaga por todo el estanque.

    Un dato técnico (no esencial para la explicación divulgativa): La propagación por el estanque de una excitación viene gobernada por la ecuación de ondas {d^2 \over dt^2} H(x,y,t) = c^2\left( {d^2 \over dx^2} H(x,y,t) + {d^2 \over dy^2} H(x,y,t) \left), donde c es la velocidad de propagación de las olas en el estanque.

    Ahora, imaginemos que en el centro del estanque, sincronizamos nuestros pistones de manera que producimos, en una cierta zona, no muy pequeña, y durante un cierto tiempo, no muy pequeño, una perturbación que depende de la posición y del tiempo de forma H(x,y,t) = A \sin(kx - \omega t), donde se cumple que kc = \omega. Cuando cesan los pistones se nos forma un tren de ondas, que, manteniendo su forma, se nos mueve en la dirección x, con velocidad c, hasta que llega a la orilla. Este tren de ondas tiene asociado un momento, el la dirección x y una energía, en una teoría clásica de campos. En teoría cuántica de campos, la energía debe ser un múltiplo entero de \hbar \omega y el momento es un multiplo entero de  \hbar k .

    Cada mini- tren de ondas, con un momento determinado en la dirección x  \hbar k , y energía \hbar \omega, que cumplen kc = \omega, es lo que asociamos con una partícula real. Son los que se propagan sin distorsionarse, obedeciendo la ecuación de ondas.

    Ahora, imaginemos que, en el centro del estanque, sincronizamos nuestros pistones, de forma que produzcamos una excitación diferente, por ejemplo H(x,y,t) = A \sin( \omega t). Imaginad todos los pistones, en una zona, pegando en todos los puntos a la vez, con una frecuencia \omega. Esto produce una perturbación del campo, que tiene una cierta energía, pero cuya forma se distorsiona con el tiempo. Siguiendo la ecuación de onda, la forma de esta perturbación se distorsiona, y la escala de tiempos en la que se mantiene la forma original es \tau = 1/\omega. En teoría cuántica de campos, la energía de esta perturbación sería un múltiplo entero de \hbar \omega , aunque su momento sería cero, ya que la perturbación (dentro de la zona central en la que se produce), no depende de la posicion.

    Cada mini-perturbación de este tipo, con energía \hbar \omega, y, en este caso, con momento cero, es lo que asociamos con una partícula virtual. Estas miniperturbaciones se distorsionan, y sólo aparecen en su forma original durante un tiempo \tau = 1/\omega.

    En el caso del estanque, las perturbaciones de tipo H(x,y,t) = A \sin( \omega t), acaban convirtiendose en una serie de ondas esféricas, es decir, en una superposición de trenes de ondas planas que viajan en todas las direcciones. Estas son las olitas que vemos en la orilla del estanque, generadas por la perturbación en el centro.

    De forma análoga, las partículas virtuales (excitaciones de un campo), en las que E^2 \ne c^2 p^2 + m^2 c^4, pueden convertirse, conservando energía y momento, en varias partículas reales (excitaciones del mismo u otro campo) en las que E_i^2 = c^2 p_i^2 + m_i^2 c^4.

    También puede hacerse que dos partículas reales, colisionando, den lugar a una partícula virtual. De hecho, es lo que se hace continuamente en los colisionadores de partículas. Un electrón colisiona con un positrón (ambos reales), forman un fotón virtual de gran energía, y momento cero, y este decae formando una pareja quark- antiquark, ambos reales.

    Esto es análogo a si, en un estanque circular, lanzamos desde las orillas varios trenes de ondas (particulas reales), de frecuencia y numero de onda definido H(x,y,t) = A \sin(k_x x + k_y y - \omega t), que llegan a la vez al centro. Estos se superponen y dan lugar, durante un cietro tiempo, a una perturbación de tipo H(x,y,t) = A \sin( \omega t) (particula virtual), que posteriormente se descomponen en trenes de ondas (particulas reales).

    Saludos
    Última edición por carroza; 16/11/2017 a las 10:18:40.

  9. 7 usuarios dan las gracias a carroza por este mensaje tan útil:

    Alofre (19/11/2017),arivasm (16/11/2017),inakigarber (16/11/2017),Jaime Rudas (16/11/2017),Mossy (16/11/2017),Richard R Richard (16/11/2017),Sagitario A (17/11/2017)

  10. #7
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    Predeterminado Re: Particulas virtuales

    Medio-entendido.
    Gracias, Carroza

  11. #8
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    Predeterminado Re: Particulas virtuales

    Gracias por la respuesta, tal vez meta un poco de "ruido", pero hay algo que siempre se me escapa.
    Yo había entendido que la teoría de las partículas virtuales venia determinado por el principio de incertidumbre explicado en función de la energía y el tiempo \Delta_E \Delta_p\geqslant \hbar/2 y por la relación energía-masa E=m c^2, de la cual saldría \Delta_E=\Delta_m c^2, de esto tendríamos por sustitución \Delta m \geqslant \dfrac{\hbar}{2c^2 \Delta_m}

    Cita Escrito por carroza Ver mensaje
    ...Ahora, imaginemos que en el centro del estanque, sincronizamos nuestros pistones de manera que producimos, en una cierta zona, no muy pequeña, y durante un cierto tiempo, no muy pequeño, una perturbación que depende de la posición y del tiempo de forma H(x,y,t) = A \sin(kx - \omega t), donde se cumple que kc = \omega. Cuando cesan los pistones se nos forma un tren de ondas, que, manteniendo su forma, se nos mueve en la dirección x, con velocidad c, hasta que llega a la orilla. Este tren de ondas tiene asociado un momento, el la dirección x y una energía, en una teoría clásica de campos. En teoría cuántica de campos, la energía debe ser un múltiplo entero de \hbar \omega y el momento es un multiplo entero de  \hbar k ...
    No he entendido bien este párrafo en lo relativo a que tiene asociado un momento y una energía.

    A ver si consigo aclararme un poco y transformar algo de mi ignorancia en conocimiento.

    Saludos.
    Última edición por inakigarber; 16/11/2017 a las 18:20:40.
    Cuando aumenta nuestro área de conocimiento aumenta nuestro perímetro de ignorancia (autor desconocido)
    No tengo talento, lo que hago, lo hago solo con mucho trabajo Maria Blanschard (Pintora)

  12. #9
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    Predeterminado Re: Particulas virtuales

    Cita Escrito por inakigarber Ver mensaje
    Gracias por la respuesta, tal vez meta un poco de "ruido", pero hay algo que siempre se me escapa.
    Yo había entendido que la teoría de las partículas virtuales venia determinado por el principio de incertidumbre explicado en función de la energía y el tiempo \Delta_E \Delta_p\geqslant \hbar/2 y por la relación energía-masa E=m c^2, de la cual saldría \Delta_E=\Delta_m c^2, de esto tendríamos por sustitución \Delta m \geqslant \dfrac{\hbar}{2c^2 \Delta_m}



    No he entendido bien este párrafo en lo relativo a que tiene asociado un momento y una energía.

    A ver si consigo aclararme un poco y transformar algo de mi ignorancia en conocimiento.

    Saludos.
    Hola. No existe una "teoría de partículas virtuales". Existe una teoría cuántica de campos, en la que aparecen excitaciones de campos que se interpretan como partículas virtuales.

    En este sentido, una excitación del campo sin dependencia espacial apreciable (k \simeq 0), cuya dependencia temporal es \sin(\omega t), según las ecuaciones del campo, se modifica con un tiempo característico \tau = 1/ \omega. Si ahora se cuantiza el campo, a la excitación del campo le corresponde una partícula virtual, de energía  E= \hbar \omega y momento p = 0. Esta partícula virtual, consistentemente con el campo, se modifica (decae), con un tiempo característico \tau = 1/ \omega = \hbar / E. De aquí que uno tenga  E \tau = \hbar para partículas virtuales.

    Con respecto a los campos, incluso clásicos, tienen asociados energía y momento. Gracias a que el campo electromagnético tiene energía, funcionan los paneles solares, y gracias a que tiene momento, funcionan las velas solares.

    Un saludo
    Última edición por carroza; 17/11/2017 a las 09:15:07.

  13. El siguiente usuario da las gracias a carroza por este mensaje tan útil:

    inakigarber (17/11/2017)

  14. #10
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    Predeterminado Re: Particulas virtuales

    Buenas tardes, supongo que he vuelto a ser victima de mi ignorancia.

    Cita Escrito por carroza Ver mensaje
    Hola. No existe una "teoría de partículas virtuales". Existe una teoría cuántica de campos, en la que aparecen excitaciones de campos que se interpretan como partículas virtuales.
    Yo simplemente había oído hablar de la relación entre el principio de incertidumbre y la equivalencia masa-energía de la relatividad de Einstein, que si no estoy equivocado, dio lugar a un trabajo por parte del japones Yukawa que daría lugar a la suposición de la existencia de los Mesones y a su posterior descubrimiento (y por el que recibió el premio Nobel).

    Habia leído que la relación es la que escribí arriba (\Delta m \geqslant \dfrac{\hbar}{2c^2 \Delta_m}) ¿es esto cierto?

    Saludos y gracias.
    Última edición por inakigarber; 17/11/2017 a las 14:40:23.
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  15. #11
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    Predeterminado Re: Particulas virtuales

    Cita Escrito por inakigarber Ver mensaje
    Habia leído que la relación es la que escribí arriba (\Delta m \geqslant \dfrac{\hbar}{2c^2 \Delta_m}) ¿es esto cierto?
    Hola. La relación que pones no es dimensionalmente correcta.

    El argumento de Yukawa es el siguiente: Si tengo una interacción que esta producida por un campo que lleva asociada una particula de masa m, la energía necesaria para producir una excitación del campo (una partícula virtual), es, como mínimo
    E = m c^2. Esta excitación del campo (esta particula virtual), sobrevive un tiempo t = \hbar/E = \hbar / m c^2. Durante este tiempo, la interación puede tener un alcance a = c t = \hbar / m c. Por tanto, si tengo, experimentalmente, una interacción con un alcance a ( a \simeq 1 fm para la interacción fuerte), debe estar asociada a una partícula con masa m = \hbar / a c (  m \simeq 200 MeV/c^2 para el meson de Yukawa).

    Cuando el pión fue descubierto, ( m(\pi) = 139 MeV/c^2) Yukawa tuvo su premio Nobel.

    Saludos

  16. 2 usuarios dan las gracias a carroza por este mensaje tan útil:

    Fortuna (11/07/2018),inakigarber (21/11/2017)

  17. #12
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    Predeterminado Re: Particulas virtuales

    Quisiera revivir este interesante hilo por una duda que me ha surgido. Lo siguiente es desde un punto de vista divulgativo.

    Se define la sección eficaz en la interacción de 2 electrones con dirección de desplazamiento opuesta en un acelerador de partícula. Donde dependiendo la energía de estos tendremos una sección eficaz para una dispersión elástica, dispersión inelástica+creación de pares, ..., y otras partículas que pueden resultar en altas energías.

    Ahora si, dado un caso, de dispersión elástica, ¿se puede pensar a un fotón virtual como una perturbación del campo electromagnético que cada electrón "genera" y "produce" la repulsión? Es decir, dicha perturbación no se considera un partícula ya que no resulta un fotón de la interacción (menciono en este caso a un fotón como partícula secundaria real y que se puede medir en un detector) pero se incluye la perturbación del campo electromagnético como "mediador" de la interacción. (*)

    1) ¿Qué es una partícula virtual? Es un modo de excitación de un campo cuántico, que no cumple , y por tanto, no puede propagarse libremente y ser detectado. Típicamente una partícula virtual surge durante un periodo muy corto de tiempo, y se intercambia entre partículas reales.
    ¿Existe realmente esa perturbación del campo electromagnético en la dispersión elástica de electrón-electrón o es un modelo matemático que explica el intercambio de momento-energía entre perturbaciones de campos (particulas reales)? Acá remarqué (*) ya que dados 2 electrones en un acelerador lineal, se observa una dispersión elástica con cierta probabilidad de ocurrencia, dependiendo de la energía de estos, pero no se observa un perturbación del campo electromagnético. He aquí lo que pregunto, ¿esa perturbación se agregó en el análisis siguiendo lo que se conoce de la interacción fermión real-fotón real o realmente existe esa perturbación? (se entiende lo que pregunto?)
    Si bien se entiende que en la dispersión inelástica de fermiones también pueden resultar un electrón-positron de más, es decir, dados 2 electrones de alta energía que interactúan, el resultado son 3 electrones más un positron y se interpreta que el fotón virtual generó ese par. ¿Existe una evidencia de la existencia de esa perturbación electromagnética que medió y generó el par?

    Tomemos como ejemplo el software fluka, de simulación de transporte de radiación mediante el método de monte carlo. Dado un haz de electrones que inciden sobre un cuerpo, existe una sección eficaz para cada tipo de interacción. Si en una región ponemos un detector, mediremos electrónes con diferentes energías y momentos así como partículas secundarias que resultaron de la interacción electrón-muestra. Acá en este análisis de montecarlo, no se necesitó incluir partículas virtuales, solamente las partículas reales y las secciones eficacez. Entonces, se habla solamente de partículas virtuales en los modelos matemáticos

    Acá no tiene nada que ver ni quiero hacer referencia a la energía del vacio que siguiendo el principio de incertidumbre produce partículas un intervalo de tiempo tal que  \Delta E \Delta t \leqslant \hbar /2. Eso es otra cosa.

    Ahora también pregunto. Dado un electrón, siempre existe un perturbación del campo electromagnético y por lo tanto un fotón virtual, cierto? Así como siempre que existe un fotón real existe una perturbación del campo electronico-positronico, es decir, un electrón y positrón virtual.
    Última edición por Julián; 10/07/2018 a las 03:26:24.
    AB * {Log}_{2} (1+\dst \frac{S}{N })

  18. El siguiente usuario da las gracias a Julián por este mensaje tan útil:

    Pola (10/07/2018)

  19. #13
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    Predeterminado Re: Particulas virtuales

    Cita Escrito por Julián Ver mensaje
    ¿Existe realmente esa perturbación del campo electromagnético en la dispersión elástica de electrón-electrón o es un modelo matemático que explica el intercambio de momento-energía entre perturbaciones de campos (particulas reales)?
    ....
    Tomemos como ejemplo el software fluka, de simulación de transporte de radiación mediante el método de monte carlo. Dado un haz de electrones que inciden sobre un cuerpo, existe una sección eficaz para cada tipo de interacción. Si en una región ponemos un detector, mediremos electrónes con diferentes energías y momentos así como partículas secundarias que resultaron de la interacción electrón-muestra. Acá en este análisis de montecarlo, no se necesitó incluir partículas virtuales, solamente las partículas reales y las secciones eficacez. Entonces, se habla solamente de partículas virtuales en los modelos matemáticos
    Hola. Esta es una pregunta interesante, y es razonable que un ingeniero se la plantee. Voy a replantearla de una manera descarnada:

    "Si lo que yo quiero es describir cómo se dispersan los electrones, me basta tener un software de simulación (Por ejemplo Fluka), y una tabla de secciones eficaces. Toda esta historia de teoría cuántica de campos, partículas virtuales que no se ven, etc, son modelos matemáticos que se inventan los físicos, y que no existen realmente. ¿O quién ha visto alguna vez una partícula virtual?"

    Dejo esta pregunta para debate.

    Saludos

  20. 2 usuarios dan las gracias a carroza por este mensaje tan útil:

    Julián (10/07/2018),Pola (10/07/2018)

  21. #14
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    Predeterminado Re: Particulas virtuales

    "Si lo que yo quiero es describir cómo se dispersan los electrones, me basta tener un software de simulación (Por ejemplo Fluka), y una tabla de secciones eficaces. Toda esta historia de teoría cuántica de campos, partículas virtuales que no se ven, etc, son modelos matemáticos que se inventan los físicos, y que no existen realmente. ¿O quién ha visto alguna vez una partícula virtual?"
    Tengo una fuente puntual de partículas + muestra + detector. En este último mido energía de partículas y momentos. Se observará además el scattering de las mismas y las partículas secundarias, terciarias, etc.. que resultan de los eventos de las primaras, secundarias, etc.
    Lo mismo en el LHC, tengo partículas primarias (hadrones ) y un evento (colisiones inelásticas ) que arrojan partículas secundarias, terciarias, etc. Estas partículas secundarias, terciarias y sus energía y momentos se miden en el detector.

    En ambos procesos, se realiza un distribución de densidad de probabilidad de cada tipo de evento en función de la fuente primaria de partículas y su energía así como de la muestra (si se bombardea las partículas a un material) según lo que se mide en el detector y se construyen secciones eficacez. Todo esto es experimental y observable.

    ¿Donde están las partículas virtuales si lo que se mide experimentalmente en ambos detectores son perturbaciones que cumplen con lo que se definió como partícula real?

    ¿Se incluyen solamente en el modelo matemático para poder explicar un evento? Es decir, ¿no podemos pensar que 2 fermiones se dispersan sin incluir el campo electromagnético? Ya que existen otros procesos con partículas fotónicas y fermiónicas reales donde se observa el acople entre estos dos campos, por lo tanto incluimos al campo electromagnético en la dispersión de fermiones y como la teoría permite perturbaciones del campo electromagnético llamada partícual real y también permite las perturbaciones llamada partículas virtuales, estas últimas se incluyen. Pero a efectos del cálculo muchas veces se incluye un fotón virtual con masa, que no existe pero sirve para la representación, como en la dispersión de moller.

    ¿Se puede hablar tan ligeramente de un partícula virtual según lo siguiente?
    Imaginemos, como ejemplo de un campo, la superficie de un estanque. La altura del agua, , es nuestro campo, que depende de la posición (x,y), y del tiempo, t. Si la altura es constante, no tenemos ninguna excitación. Si, en una zona del estanque, perturbamos la altura del agua, por ejemplo con unos pistones, producimos una "excitación" del campo, que se propaga por todo el estanque.

    Un dato técnico (no esencial para la explicación divulgativa): La propagación por el estanque de una excitación viene gobernada por la ecuación de ondas , donde c es la velocidad de propagación de las olas en el estanque.

    Ahora, imaginemos que en el centro del estanque, sincronizamos nuestros pistones de manera que producimos, en una cierta zona, no muy pequeña, y durante un cierto tiempo, no muy pequeño, una perturbación que depende de la posición y del tiempo de forma , donde se cumple que . Cuando cesan los pistones se nos forma un tren de ondas, que, manteniendo su forma, se nos mueve en la dirección x, con velocidad c, hasta que llega a la orilla. Este tren de ondas tiene asociado un momento, el la dirección x y una energía, en una teoría clásica de campos. En teoría cuántica de campos, la energía debe ser un múltiplo entero de y el momento es un multiplo entero de .

    Cada mini- tren de ondas, con un momento determinado en la dirección x , y energía , que cumplen , es lo que asociamos con una partícula real. Son los que se propagan sin distorsionarse, obedeciendo la ecuación de ondas.

    Ahora, imaginemos que, en el centro del estanque, sincronizamos nuestros pistones, de forma que produzcamos una excitación diferente, por ejemplo . Imaginad todos los pistones, en una zona, pegando en todos los puntos a la vez, con una frecuencia . Esto produce una perturbación del campo, que tiene una cierta energía, pero cuya forma se distorsiona con el tiempo. Siguiendo la ecuación de onda, la forma de esta perturbación se distorsiona, y la escala de tiempos en la que se mantiene la forma original es . En teoría cuántica de campos, la energía de esta perturbación sería un múltiplo entero de , aunque su momento sería cero, ya que la perturbación (dentro de la zona central en la que se produce), no depende de la posicion.

    Cada mini-perturbación de este tipo, con energía , y, en este caso, con momento cero, es lo que asociamos con una partícula virtual. Estas miniperturbaciones se distorsionan, y sólo aparecen en su forma original durante un tiempo .

    En el caso del estanque, las perturbaciones de tipo , acaban convirtiendose en una serie de ondas esféricas, es decir, en una superposición de trenes de ondas planas que viajan en todas las direcciones. Estas son las olitas que vemos en la orilla del estanque, generadas por la perturbación en el centro.

    De forma análoga, las partículas virtuales (excitaciones de un campo), en las que , pueden convertirse, conservando energía y momento, en varias partículas reales (excitaciones del mismo u otro campo) en las que .

    También puede hacerse que dos partículas reales, colisionando, den lugar a una partícula virtual. De hecho, es lo que se hace continuamente en los colisionadores de partículas. Un electrón colisiona con un positrón (ambos reales), forman un fotón virtual de gran energía, y momento cero, y este decae formando una pareja quark- antiquark, ambos reales.

    Esto es análogo a si, en un estanque circular, lanzamos desde las orillas varios trenes de ondas (particulas reales), de frecuencia y numero de onda definido , que llegan a la vez al centro. Estos se superponen y dan lugar, durante un cietro tiempo, a una perturbación de tipo (particula virtual), que posteriormente se descomponen en trenes de ondas (particulas reales).

    Saludos
    ¿O realmente se puede decir que se agrega para que la teoría perturbativa tenga acidero, no existe tal perturbación del campo con dicha forma de onda pero nos sirve para el cálculo? Creo que esta última es más certera como definición.
    AB * {Log}_{2} (1+\dst \frac{S}{N })

  22. #15
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    Predeterminado Re: Particulas virtuales

    Cita Escrito por Julián Ver mensaje


    ¿Donde están las partículas virtuales si lo que se mide experimentalmente en ambos detectores son perturbaciones que cumplen con lo que se definió como partícula real?

    ¿Se incluyen solamente en el modelo matemático para poder explicar un evento? Es decir, ¿no podemos pensar que 2 fermiones se dispersan sin incluir el campo electromagnético? Ya que existen otros procesos con partículas fotónicas y fermiónicas reales donde se observa el acople entre estos dos campos, por lo tanto incluimos al campo electromagnético en la dispersión de fermiones y como la teoría permite perturbaciones del campo electromagnético llamada partícual real y también permite las perturbaciones llamada partículas virtuales, estas últimas se incluyen. Pero a efectos del cálculo muchas veces se incluye un fotón virtual con masa, que no existe pero sirve para la representación, como en la dispersión de moller..
    Hola. Creo que la clave de tus preguntas está en la palabra "permite". Entiendo que, desde tu punto de vista, entiendes que la teoría actual "permite" describir las interacciones introduciendo campos, pero tambien podría permitir explicar las interacciones sin campos. De la misma forma "permite" introducir fluctuaciones del campo, que interpretamos como partículas virtuales, pero podríamos elegir no introducirlas. Entiendo que en tu imagen, lo que tenemos es un "modelo matemático", que permite introducir diferentes elementos, pero igualmente permitiría no introducirlos.

    Las leyes actuales de la física, en particular la Electrodinámica cuántica, no son así. Todos los fenómenos de interacción electromagnética (sean dispersión de electrones, producción de pares, dispersión compton, etc), se describen por un único término que aparece en el lagrangiano de interacción y que se escribe {\cal L} = e j_\mu A^\mu. Sin entrar en detalles, e es la única constante ajustable de la QED, j_\mu es una expresión que depende de los campos fermiónicos, y A^\mu es el campo electromagnético. Si ese término existe, es decir, si e \ne 0, entonces los electrones se dispersan unos por otros, los fotones producen pares partícula antipartícula, hay dispersión compton, hay fenómenos de polarización del vacío, aparecen términos en el desarrollo perturbativo que podemos identificar con partículas virtuales, los electrones se ligan a nucleos atómicos formando átomos, pueden producirse moleculas orgánicas complejas, y aparece la vida en las condiciones adecuadas. Si ese término no existiera, es decir, si e = 0, no tendríamos ni dispersión de electrones, ni producción de pares, ni polarización del vacío, ni términos asociables a partículas virtuales, ni átomos, ni moléculas, ni vida.

    Como verás, tenemos en física poco donde elegir.

    Saludos
    Última edición por carroza; 11/07/2018 a las 08:14:17.

  23. 3 usuarios dan las gracias a carroza por este mensaje tan útil:

    arivasm (11/07/2018),Julián (11/07/2018),Mossy (11/07/2018)

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