любая частица, когда-либо засечённая детектором, заведомо является виртуальной, так как она существовала конечное время.
Вы можете это утверждение как-то подкрепить? Я байку про "слегка вне массовой поверхности" периодически слышу, но дальше уровня байки это не выходит. По хорошему, раз мы выходим за рамки приближения асимптотическими состояниями, то состояния реальных частиц вообще не образуют фоковское пространство. Надо использовать КТП на конечных временах, а я в ней не особо разбираюсь. Но вполне допускаю, что слегка оффшельные амплитуды могут служить первым приближением.
light-92Во-первых, все эти вещи присущи не только электромагнитному, но и любому полю.
А во-вторых, вы мешаете разные вещи в одну кучу. Это не ваша вина, это ваша беда из-за того, что в популярных источниках из года в год пересказывают одно и то же, часто неправильное. А именно речь идет про:
1). То на что в одной из тем вам начал намекать Munin. Возьмем любую квантовую теорию поля, даже свободную (т.е. болтаются невзаимодействующие частицы) Тогда оказывается, что поля вообще говоря не принимают какого-то определенного значения. Даже если вы рассмотрите вакуумное состояние, оно оказывается "размазанным" по значениям поля. Т.е. всегда есть вероятность померить в вакууме ненулевое поле.
Подчеркну, что это относится даже к теориям поля без взаимодействия!
2). Виртуальные частицы. Практически во всех теориях поля с взаимодействием (контрпримеры, которые я знаю, относятся к пространствам меньших размерностей) мы не можем ничего не можем решить точно. Приходится использовать теорию возмущений. Т.е. вы начинаете с теории поля без взаимодействий (свободной теории) Именно свободная теория поля дает вам картинку состояний вакуума, с одной частицей, с двумя итд итп. Частицы всегда определяются относительно определенного фона, как некоторая рябь, взаимодействие которой можно считать малым. Как правило изучаются процессы рассеяния, где на начальном и конечном этапе частицы можно приближенно считать невзаимодействующими. Если у вас нет такого режима (какая-нибудь конформная теория поля с сильной связью) с самим понятием "частица" даже в виртуальном смысле возникают проблемы.
После этого вы включаете взаимодействие и считаете поправку к интересующей вас величине. Потом считаете следующую поправку. Потом следующую... и так до бесконечности. Ричард Фейнман придумал для членов этого разложения интересную запись в виде диаграмм. Например такой
Все линии и вершины соответствуют некоторым формулам, собираемым определенным образом в один из членов того разложения. Линии соответствуют некоторому объекту, называемому "пропагатор", которая грубо говоря описывает распространение поля. А вершины выбираются в зависимости от взаимодействия. Внешние линии изображают частицы в начальном и конечном состоянии и пропагатор считается на массовой поверхности, т.е. импульс и энергия связаны корректным образом:
(в системе единиц
), где
- масса соответствующей частицы. А вот внутренняя линия соответствует пропагатору, считаемому вообще говоря вне массовой поверхности, т.е.
может быть не равен
. Например в данном случае это фотон, частица безмассовая. Для нее должно бы выполняться
. Но внутренняя линия может считаться для энергии и импульса, не подчиняющихся этому соотношению. Этот вклад и называется виртуальной частицой. Т.е. это вклад от некоторых "неправильных" возмущений поля.
Из-за того как строятся эти диаграммы оказывается очень удобно представлять, что это действительно вклад от какого-то процесса излучения-поглощения виртуального фотона. Я не говорю, что это плохо. Но нужно понимать, что результат дает сумма всех диаграмм; в разных теориях возмущений виртуальные частицы будут разные; для некоторых моделей есть методы, в которых виртуальные частицы не фигурируют никак!
И еще один момент, который популяризаторы никогда не упоминают. В виртуальных частицах нет абсолютно ничего квантового! Аналогичную теорию возмущений можно построить и в чисто классической теории поля, но вклад будут давать только определенные диаграммы. Например нарисованная выше
3). Частный случай того, что написано в предыдущем пункте - определенные радиационные поправки, связанные с рождением виртуальных пар частица-античастица. Например такая диаграмма с петлей виртуальных электронов,
Диаграмма описывает вклад во взаимодействие электронов, по сути дела квантовую поправку к кулоновскому потенциалу. Если бы у нас была чисто классическая модель, в которой вылезла бы такая штука, можно было бы сказать, что мы рассматриваем на самом деле некую поляризованную среду, которая влияет на взаимодействие частиц. Именно отсюда растет название "поляризация вакуума" и соответствующая эвристическая картинка с возникающими-пропадающими виртуальными частицами-античастицами.
Подводя итог
Размазанность состояний по полям ("нулевые колебания", "квантовые флуктуации" вакуума) чисто квантовый эффект, но он есть даже в теориях без взаимодействия, в которых никаких виртуальных частиц нет! Т.е. это не обусловлено постоянно рождающимися-исчезающими парами виртуальных частиц-античастиц
Виртуальные частицы - способ представить какое-то сложное взаимодействие с помощью бесконечного числа вкладов из объектов приближенной теории без взаимодействия. Есть и в классической теории, к размазанности состояний по полям не имеют никакого отношения.
Я припоминаю, что где-то видел вывод этого однопетлевого вклада из эвристических соображений, связанных с размазанностью по полю вакуумного состояния. Но не уверен в том, что это был корректный вывод и это чисто квазиклассика, т.е. дает только самую первую квантовую поправку, в то время как вклад дает бесконечное число диаграмм. Только с такой точки зрения можно сказать, что №1 и №2 связаны.
То есть в вакууме могут существовать, скажем, фотоны любой длины волны? Ох-ох.