Aspiradoras y espacio libre

¿Usan los físicos los términos "vacío", "vacío cuántico" y "espacio libre" como sinónimos? Por ejemplo, he leído que, basándose en argumentos de conservación, está prohibida la división espontánea de un fotón en un par electrón-positrón "en el espacio libre". Y, sin embargo, también he visto este evento denominado "polarización del vacío", lo que parecería un uso extraño si el vacío y el espacio libre fueran sinónimos. (Mis disculpas si alguna de mis premisas no es válida; solo soy un matemático).

Respuestas (1)

El vacío es espacio libre, pero la polarización del vacío no está conectada al diagrama que describe solo la división de un fotón en un electrón-positrón, sino al diagrama que contiene el par electrón-positrón en un bucle, con un fotón de entrada y salida.

Tales partículas en un diagrama de Feynman, que en realidad no pueden ser detectadas, se llaman partículas virtuales, y la propiedad que las diferencia de las partículas reales es que están fuera de la capa, es decir, no obedecen las ecuaciones clásicas de movimiento y pueden poseer masas que son no permitido por la relación de dispersión (el caparazón imaginado aquí es la hipersuperficie barrida en el espacio de energía-momento por las energías permitidas por la relación de dispersión, todas las partículas reales detectables están en el caparazón). Dado que el par electrón-positrón de la polarización del vacío está fuera de la capa, los argumentos de la conversación energía-cantidad de movimiento que prohíben su producción fallan ya que el par no obedece a las relaciones de dispersión clásicas entre energía y cantidad de movimiento.

Tu primer párrafo responde directamente a mi pregunta. Su segundo también es de gran ayuda, pero ¿puedo pedir una referencia más amplia?
Creo que debería encontrar lo que está buscando en cualquier libro estándar de QFT, Peskin/Schröder, Itzykin/Zuber o similares; todo lo que presente diagramas de Feynman en el nivel teórico debería discutir esto, pero no los tengo a mano en el momento de confirmar esto. También recuerdo haber leído una vez un relato científico popular que atribuía la propiedad fuera de la capa a la corta vida útil (se creaban a partir del fotón y luego se aniquilaban poco después) de las partículas, lo que permitiría las energías fuera de la capa por la energía- relación de incertidumbre temporal, pero no creo que esto se pueda hacer riguroso.