particelle virtuali
particelle virtuali
Stati intermedi in un processo tra particelle elementari. Nella teoria relativistica dei campi quantizzati che costituisce il quadro teorico per la descrizione delle interazioni tra particelle fondamentali, un processo con un certo numero di particelle iniziali e finali è descritto in teoria delle perturbazioni da uno o più diagrammi di Feynman. Questi sono costituiti da linee, ognuna delle quali rappresenta una particella, e da vertici di interazione, ovvero punti dove concorrono tre o più linee e che sono determinati dalle possibili interazioni che esistono nella teoria. Per es., in elettrodinamica quantistica (QED), nel settore degli elettroni, le linee possono rappresentare fotoni oppure elettroni o positroni e i soli vertici che esistono hanno due elettroni e un fotone oppure una coppia elettrone-positrone e un fotone. Le particelle virtuali corrispondono alle linee interne dei diagrammi, ognuna delle quali connette due vertici che sono localizzati in due punti x1 e x2 dello spazio tempo. A ogni vertice si conserva l’energia e l’impulso tra le particelle che entrano ed escono dal vertice. Di conseguenza, per le particelle virtuali che corrispondono alle linee interne, il quadrivettore energia-impulso è fissato dalle altre particelle che fanno capo a ciascuno dei due vertici. Quindi, per le particelle virtuali, in generale non è soddisfatta la relazione relativistica E2−p2c2=m2c4 tra energia E, modulo dell’impulso p e massa di riposo m (c è la velocità della luce) che caratterizza le particelle ‘reali’ (si dice che le particelle virtuali sono fuori dal mass shell). La quantità E2−p2c2 per una particella virtuale, per es., può benissimo essere negativa (ovvero il corrispondente quadrivettore energia impulso è di tipo spazio). Questo comporta che tali particelle virtuali possono solo esistere per brevissimi intervalli spazio temporali (x1−x2) in virtù del principio d’indeterminazione. A ogni particella virtuale corrisponde nel diagramma di Feynman un propagatore che ha appunto un polo per E2−p2c2−m2c4=0 (nelle immediate vicinanze del polo bisogna sostituire m con m−iΓ/2, dove i è l’unità immaginaria e Γ=h/τ è la larghezza della particella virtuale, inversamente proporzionale alla vita media τ). Attraverso il propagatore le particelle virtuali mettono in comunicazione e fanno interagire le particelle del primo vertice con quelle del secondo.
→ Particelle elementari. Esperimenti