Por que deve sempre existir uma partícula real com a mesma massa da partícula virtual de um determinado campo de força?
Já tentei fazer essa pergunta antes, mas nunca obtive uma resposta satisfatória, então vou simplificar minha pergunta.
Pelo que entendi, as partículas virtuais são apenas 'pernas internas de um diagrama de Feynman' e, portanto, não podem ser observadas e podemos, de fato, considerá-las puramente como uma 'forma conveniente de organizar uma expansão perturbativa' e não como as próprias partículas reais.
O propagador usado para partículas virtuais é dado por $\frac{1}{p^2-m^2}$ para o momento $p$ (que é conservado nos vértices de Feynman) e massa $m$ da partícula virtual.
Eu entendo que as partículas virtuais são 'fora da casca' de tal forma que $p^2 \neq m^2$, então por 'massa da partícula virtual' estou apenas me referindo à quantidade m sendo usada no propagador
- A massa de uma partícula virtual está relacionada ao alcance máximo de seu potencial Yukawa. ie$m \propto \mu$ para $\mu$ dentro $U\propto \frac{e^{-\mu r}}{r}$
Minha pergunta é, se as partículas virtuais são, em certo sentido, um 'fudge conveniente' para ajudar nos cálculos de perturbação. Por que a variável 'm' sendo usada no propagador parece sempre ter o mesmo valor que a massa de uma partícula que podemos detectar em outras situações como real e não virtual?
Parece uma grande coincidência para mim que a massa de uma partícula virtual, que acabamos de definir como relacionada $\mu$ por conveniência no estudo de interações, também seria sempre capaz de ser detectado como uma partícula de 'perna externa' em si.
Em última análise, minha pergunta é: por que nunca temos forças com $\mu$isso não está relacionado à massa de uma partícula real real. Há algum teorema profundo em tudo isso?
Acho que pode haver, já que ouvi explicações online como 'o bóson de Higgs não tem nada a ver com dar massa às partículas, o campo de Higgs tem, e o fato de o campo existir significa que a excitação (ou seja, o bóson de Higgs) deve existir'.
Respostas
Por que deve sempre existir uma partícula real com a mesma massa da partícula virtual de um determinado campo de força
Porque a física não é teoria de perturbação ou objetos matemáticos em geral. Trata-se de observar a natureza, medir com precisão as variáveis definidas por esse motivo e, em seguida, encontrar modelos matemáticos que se ajustem às medidas e também preditem (idealmente) todas as novas medidas.
Portanto, ao discutir modelos de física, deve-se ter em mente que o formato matemático é uma ferramenta definida para descrever a natureza. No seu caso, a teoria da perturbação é um modelo para descrever o espalhamento e decaimentos de partículas.
Uma observação muito forte dos dados, além da conservação de energia, momento e momento angular, é a conservação dos números quânticos encontrados em experimentos de espalhamento de partículas nos últimos quase 100 anos. Se você olhar a tabela de partículas elementares , verá que cada uma carrega uma série de números quânticos, que devem ser considerados ao calcular a cruzamentos e decaimentos, seu comportamento específico sob as diferentes forças a serem levadas em consideração.
Na representação do diagrama de Feynman da expansão da série para calcular as interações, esses números quânticos são transportados pelas linhas que contam claramente as leis de conservação que se aplicam a cada vértice, de modo que as partículas que saem finais tenham os números quânticos corretos.
Isso significa, por exemplo, que os números quânticos de um elétron acompanham a linha que tem o propagador com a massa do elétron como pólo. É a representação brilhante de cálculos complicados que Feynman descobriu.
Portanto, a partícula virtual é um efeito , não uma causa. Como a linha tem todos os atributos da partícula, exceto a massa, ela é chamada de elétron virtual , fóton, up_quark, etc.
Para cada partícula real, uma partícula virtual pode ser definida na expansão da série de perturbações para calcular seções transversais e decaimentos, para manter o controle dos números quânticos nos termos da expansão.