Pourquoi doit-il toujours exister une particule réelle avec la même masse que la particule virtuelle d'un certain champ de force?
J'ai déjà essayé de poser cette question, mais je n'ai jamais vraiment eu de réponse satisfaisante, je vais donc simplifier ma question.
Si je comprends bien, les particules virtuelles ne sont que des `` jambes internes d'un diagramme de Feynman '' et sont donc inobservables et nous pouvons en fait les considérer purement comme un `` moyen pratique d'organiser une expansion perturbative '' et non comme des particules réelles elles-mêmes.
Le propagateur utilisé pour les particules virtuelles est donné par $\frac{1}{p^2-m^2}$ pour l'élan $p$ (qui est conservé sur les sommets de Feynman) et masse $m$ de la particule virtuelle.
Je comprends que les particules virtuelles sont `` hors masse '' telles que $p^2 \neq m^2$, donc par `` masse de particule virtuelle '', je fais simplement référence à la quantité m utilisée dans le propagateur
- La masse d'une particule virtuelle est liée à sa portée maximale de son potentiel Yukawa. c'est à dire$m \propto \mu$ pour $\mu$ dans $U\propto \frac{e^{-\mu r}}{r}$
Ma question est la suivante: si les particules virtuelles sont en un sens un «fudge commode» pour faciliter les calculs de perturbation. Pourquoi la variable «m» utilisée dans le propagateur semble-t-elle toujours avoir la même valeur qu'une masse d'une particule que nous pouvons détecter dans d'autres situations comme réelle et non virtuelle.
Cela me semble être une coïncidence massive qu'une masse d'une particule virtuelle, que nous venons de définir comme étant liée à $\mu$ pour des raisons de commodité dans l'étude des interactions, pourrait également toujours être détecté comme une particule «jambe externe» elle-même.
Donc finalement ma question est, pourquoi n'avons-nous jamais de forces avec $\mu$qui ne sont pas liés à la masse d'une particule réelle réelle. Y a-t-il un théorème profond à tout cela?
J'imagine qu'il pourrait y en avoir, puisque j'ai entendu des explications en ligne comme `` le boson de Higgs n'a rien à voir avec la masse des particules, le champ de Higgs le fait, et le fait que le champ existe signifie que l'excitation (à savoir le boson de Higgs) doit exister'.
Réponses
Pourquoi doit-il toujours exister une particule réelle avec la même masse de la particule virtuelle d'un certain champ de force
Parce que la physique n'est pas une théorie des perturbations ou des objets mathématiques en général. Il s'agit d'observer la nature, de mesurer avec précision des variables définies pour cette raison, puis de trouver des modèles mathématiques qui correspondent aux mesures et sont également prédictifs de (idéalement) toutes les nouvelles mesures.
Ainsi, en discutant des modèles de physique, il faut garder à l'esprit que le format mathématique est un outil défini pour décrire la nature. Dans votre cas, la théorie des perturbations est un modèle pour décrire la diffusion et les désintégrations des particules.
Une observation très forte à partir des données, en plus de la conservation de l'énergie, de la quantité de mouvement et du moment cinétique, est la conservation des nombres quantiques trouvés dans les expériences de diffusion de particules au cours des presque 100 dernières années. Si vous regardez le tableau des particules élémentaires , vous verrez que chacune porte un certain nombre de nombres quantiques, qui doivent être pris en compte lors du calcul des croisements et des désintégrations, leur comportement spécifique sous les différentes forces à prendre en compte.
Dans la représentation du diagramme de Feynman de l'expansion en série pour le calcul des interactions, ces nombres quantiques sont portés par les lignes comptant clairement les lois de conservation qui s'appliquent à chaque sommet, de sorte que les particules sortantes finales ont les nombres quantiques corrects.
Cela signifie, par exemple, que les nombres quantiques d'un électron accompagnent la ligne qui a le propagateur avec la masse de l'électron comme pôle. C'est la brillante représentation de calculs compliqués que Feynman a découverte.
La particule virtuelle est donc un effet , pas une cause. Parce que la ligne a tous les attributs de la particule sauf la masse, elle est appelée électron virtuel , photon, up_quark, etc.
Pour chaque particule réelle, une particule virtuelle peut être définie dans l'expansion de la série de perturbations pour calculer les sections efficaces et les désintégrations, afin de garder une trace des nombres quantiques dans les termes de l'expansion.