¿Por qué debe existir siempre una partícula real con la misma masa de la partícula virtual de un determinado campo de fuerza?
Intenté hacer esta pregunta antes, pero nunca obtuve una respuesta satisfactoria, así que voy a simplificar mi pregunta.
Según tengo entendido, las partículas virtuales son solo 'patas internas de un diagrama de Feynman' y, por lo tanto, no son observables y, de hecho, podemos considerarlas simplemente como una 'forma conveniente de organizar una expansión perturbativa' y no como partículas reales en sí mismas.
El propagador utilizado para partículas virtuales está dado por $\frac{1}{p^2-m^2}$ por el impulso $p$ (que se conserva en los vértices de Feynman) y masa $m$ de la partícula virtual.
Entiendo que las partículas virtuales están 'fuera de masa' de modo que $p^2 \neq m^2$, por lo que por 'masa de partícula virtual' solo me refiero a la cantidad m que se usa en el propagador
- La masa de una partícula virtual está relacionada con su rango máximo de su potencial Yukawa. es decir$m \propto \mu$ para $\mu$ en $U\propto \frac{e^{-\mu r}}{r}$
Mi pregunta es, si las partículas virtuales son, en cierto sentido, un "engaño conveniente" para ayudar en los cálculos de perturbación. ¿Por qué la variable 'm' que se usa en el propagador siempre parece tener el mismo valor que la masa de una partícula que podemos detectar en otras situaciones como real y no virtual?
Me parece una gran coincidencia que una masa de una partícula virtual, que acabamos de definir como relacionada con $\mu$ por conveniencia en el estudio de las interacciones, también siempre se podría detectar como una partícula de "pata externa".
Entonces, en última instancia, mi pregunta es, ¿por qué nunca tenemos fuerzas con $\mu$eso no está relacionado con la masa de una partícula real real. ¿Hay algún teorema profundo en todo esto?
Supongo que podría haberlo, ya que he escuchado explicaciones en línea como 'el bosón de Higgs no tiene nada que ver con dar masa a las partículas, el campo de Higgs sí, y el hecho de que el campo existe significa que la excitación (es decir, el bosón de Higgs) debe existe'.
Respuestas
¿Por qué siempre debe existir una partícula real con la misma masa de la partícula virtual de un determinado campo de fuerza?
Porque la física no es teoría de perturbaciones ni objetos matemáticos en general. Se trata de observar la naturaleza, medir con precisión las variables definidas por este motivo y luego encontrar modelos matemáticos que se ajusten a las mediciones y que también sean predictivos de (idealmente) todas las nuevas mediciones.
Entonces, al discutir los modelos de la física, uno debe tener en cuenta que el formato matemático es una herramienta definida para describir la naturaleza. En su caso, la teoría de la perturbación es un modelo para describir la dispersión y desintegración de partículas.
Una observación muy sólida de los datos, además de la conservación de la energía, el momento y el momento angular, es la conservación de los números cuánticos encontrados en los experimentos de dispersión de partículas durante los últimos casi 100 años. Si observa la tabla de partículas elementales , verá que cada una lleva una serie de números cuánticos, que deben tenerse en cuenta al calcular la sección de cruce y las desintegraciones, y se debe tener en cuenta su comportamiento específico bajo las diferentes fuerzas.
En la representación del diagrama de Feynman de la expansión de la serie para calcular las interacciones, estos números cuánticos son transportados por las líneas que cuentan claramente las leyes de conservación que se aplican en cada vértice, de modo que las partículas salientes finales tienen los números cuánticos correctos.
Esto significa, por ejemplo, que los números cuánticos de un electrón acompañan a la línea que tiene el propagador con la masa del electrón como polo. Es la brillante representación de complicados cálculos que descubrió Feynman.
Entonces, la partícula virtual es un efecto , no una causa. Debido a que la línea tiene todos los atributos de la partícula excepto la masa, se llama electrón virtual , fotón, up_quark, etc.
Para cada partícula real, se puede definir una partícula virtual en la expansión de la serie de perturbaciones para calcular las secciones transversales y las desintegraciones, para realizar un seguimiento de los números cuánticos en términos de la expansión.