¿De dónde proviene la masa del bosón WWW en la desintegración de neutrones?

Has dibujado un diagrama de Feynman.

Los diagramas de Feynman son abreviaturas icónicas para integrales sobre las variables del problema. El cálculo da la probabilidad de que ocurra la reacción, en este caso la desintegración de un neutrón.

Los observables son los cuatro vectores de las partículas inicial (neutrón) y final. La integral es sobre las variables.

Aquí hay un diagrama etiquetado más simple.

El diagrama de Feynman para la interacción de Coulomb (fuerza eléctrica), junto con las partes de la integral de Feynman también se corresponden. Cada parte de esto es realmente desagradable. Por ejemplo, esa "g" es en realidad 16 números.

Esta es la expresión que se tiene que integrar sobre los límites de las variables.

La fuerza eléctrica (lo que los físicos llaman “fuerza de Coulomb” para parecer inteligente) está mediada por fotones. Es decir, las partículas con carga se empujan o tiran unas de otras mediante fotones. El diagrama anterior es el "diagrama de Feynman de primer orden" para dos electrones que se repelen entre sí. La amplitud de probabilidad de dos electrones con cantidad de movimiento p y k empujándose uno al otro y volando de nuevo con cantidad de movimiento q y l está dada por:

Si te estás preguntando qué partículas son virtuales y cuáles son reales: las partículas virtuales son las que están atrapadas dentro del diagrama y las partículas reales son las que entran y salen (podrían ser detectadas en alguna parte).

Las líneas entrantes representan partículas reales, y también las líneas salientes. La línea intermedia representa las funciones bajo la integral. Esta línea tiene que llevar la carga y los números cuánticos que imponen las leyes de conservación. Además existe una función bajo la integral, llamada propagador , que tiene en el denominador la masa de la partícula nombrada. En el caso anterior, es la masa cero del fotón.

Bajo la integral, el vector cuatro de esta línea de "fotón" no puede tener masa cero debido a la dispersión de las variables de integración, por lo que está fuera de la capa de masa y se denomina fotón virtual.

En su diagrama para la descomposición de neutrones, el denominador correspondiente es ((pq) ^ 2-m_W ^ 2). La gran masa es crucial y representa junto con la constante de acoplamiento, la "debilidad" de la interacción. Por eso la línea interna se identifica con la W. Tiene todos los números cuánticos pero una masa variable de los cuatro vectores que representa. Se llama virtual por esta razón.

La masa del bosón W entra dentro de la integral representada por el diagrama, en el denominador del propagador. La línea representa una W virtual de capa fuera de masa.

Se puede afirmar de esta manera:

En este diagrama en particular, el bosón W está en un estado llamado fuera de la capa, es decir, decimos que este bosón es virtual.

Se permite que las partículas virtuales tengan cualquier valor de masa. Aunque no pueden violar la conservación de carga en el vértice. Esta masa de 80 GeV del bosón W es para un bosón W real , que se encuentra en estado on-shell.

Las partículas reales son las que "vemos" (detectamos). Los quarks arriba y abajo, el electrón y el antineutrino son las partículas reales en ese diagrama. ¿Entiendo?

Así que cada vez que veas una reacción:

Sabes que el bosón vectorial intermedio en el medio del diagrama, entre los 2 vértices, está en un estado llamado "fuera de la capa", por lo que aparentemente puede violar la conservación de energía de masa, pero proviene del hecho de que cuantitativamente hay un incertidumbre asociada a la energía y al tiempo:

entonces

donde elijo$E=mc^{2}$, suponiendo que W estará aproximadamente en reposo, es decir, en el límite de transferencia de momento bajo.

Entonces, puede ver que si en una cantidad muy pequeña de tiempo puede tener una partícula masiva "existente".