Dlaczego zawsze musi istnieć rzeczywista cząstka o takiej samej masie jak cząstka wirtualna o pewnym polu siłowym?
Próbowałem zadać to pytanie już wcześniej, ale nigdy nie uzyskałem satysfakcjonującej odpowiedzi, więc uproszę pytanie.
Jak rozumiem, cząstki wirtualne są po prostu „wewnętrznymi nogami diagramu Feynmana”, a zatem są nieobserwowalne i możemy w rzeczywistości uważać je wyłącznie za „wygodny sposób organizowania perturbacyjnej ekspansji”, a nie jako same rzeczywiste cząstki.
Propagator używany dla wirtualnych cząstek jest określony przez $\frac{1}{p^2-m^2}$ dla pędu $p$ (który jest zachowany na wierzchołkach Feynmana) i masy $m$ wirtualnej cząstki.
Rozumiem, że wirtualne cząstki są takie „poza masą powłoki” $p^2 \neq m^2$, więc przez „masę wirtualnej cząstki” mam na myśli tylko ilość m używaną w propagatorze
- Masa wirtualnej cząstki jest związana z maksymalnym zakresem jej potencjału Yukawa. to znaczy$m \propto \mu$ dla $\mu$ w $U\propto \frac{e^{-\mu r}}{r}$
Moje pytanie brzmi, czy wirtualne cząstki są w pewnym sensie „wygodną krówką”, która pomaga w obliczeniach zaburzeń. Dlaczego zmienna „m” używana w propagatorze zawsze wydaje się mieć taką samą wartość jak masa cząstki, którą możemy wykryć w innych sytuacjach jako rzeczywistą, a nie wirtualną.
Wydaje mi się, że to ogromny zbieg okoliczności, że masa wirtualnej cząstki, z którą właśnie zdefiniowaliśmy, jest powiązana $\mu$ dla wygody w badaniu interakcji, sam też zawsze będzie mógł zostać wykryty jako cząstka „zewnętrznej nogi”.
Więc ostatecznie moje pytanie brzmi: dlaczego nigdy nie mamy sił $\mu$co nie jest związane z masą rzeczywistej cząstki. Czy jest na to jakieś głębokie twierdzenie?
Domyślam się, że może tak być, ponieważ słyszałem w Internecie eksplozje, takie jak `` bozon Higgsa nie ma nic wspólnego z nadawaniem masy cząstkom, pole Higgsa ma, a fakt, że pole istnieje, oznacza, że wzbudzenie (a mianowicie bozon Higgsa) musi istnieć'.
Odpowiedzi
Dlaczego zawsze musi istnieć rzeczywista cząstka o takiej samej masie jak wirtualna cząstka pewnego pola siłowego
Ponieważ fizyka nie jest teorią zaburzeń ani ogólnie obiektami matematycznymi. Chodzi o obserwację przyrody, mierzenie dokładnie określonych w tym celu zmiennych, a następnie znajdowanie modeli matematycznych, które pasują do pomiarów, a także przewidują (idealnie) wszystkie nowe pomiary.
Dlatego omawiając modele fizyczne należy mieć na uwadze, że format matematyczny jest narzędziem zdefiniowanym w celu opisu przyrody. W twoim przypadku teoria perturbacji jest modelem opisującym rozpraszanie i rozpady cząstek.
Bardzo mocną obserwacją wynikającą z danych, oprócz zachowania energii, pędu i pędu, jest zachowanie liczb kwantowych znalezionych w eksperymentach rozpraszania cząstek w ciągu ostatnich prawie 100 lat. Jeśli spojrzysz na tabelę cząstek elementarnych , zobaczysz, że każda z nich zawiera pewną liczbę liczb kwantowych, które należy wziąć pod uwagę przy obliczaniu przekroju i rozpadów, ich specyficzne zachowanie pod wpływem różnych sił, które należy wziąć pod uwagę.
W diagramie Feynmana przedstawiającym rozszerzenie szeregu w celu obliczenia oddziaływań te liczby kwantowe są przenoszone przez linie wyraźnie zliczające prawa zachowania, które obowiązują w każdym wierzchołku, tak że końcowe wychodzące cząstki mają prawidłowe liczby kwantowe.
Oznacza to na przykład, że liczby kwantowe elektronu towarzyszą linii, na której znajduje się propagator, z masą elektronu jako biegunem. Jest to genialne przedstawienie skomplikowanych obliczeń, które odkrył Feynman.
Zatem wirtualna cząstka jest skutkiem , a nie przyczyną. Ponieważ linia ma wszystkie atrybuty cząstki oprócz masy, nazywana jest wirtualnym elektronem, fotonem, up_quark itp.
Dla każdej rzeczywistej cząstki można zdefiniować wirtualną cząstkę w rozszerzaniu serii perturbacji w celu obliczenia przekrojów i rozpadów, aby śledzić liczby kwantowe w kategoriach ekspansji.