¿Existe una "diferencia" entre los fotones que actúan como partículas virtuales y los fotones que actúan como cuantos de radiación EM?

I) Sé que se sabe que los fotones virtuales son los portadores de fuerza de la fuerza electromagnética, y que se llaman "virtuales" porque la versión Energía-Tiempo-desigualdad del Principio de Incertidumbre de Heisenberg permite partículas que tienen suficiente energía. que son muy difíciles de observar (porque una energía más alta significa una escala de tiempo más pequeña posible para la observación).

Pero también sé que los fotones son los cuantos de radiación EM; es decir, emitidos por los átomos en algún punto del espacio y absorbidos en otros puntos del espacio como medio de transmisión de energía de radiación.

Mi pregunta es la siguiente: ¿los fotones que actúan como portadores de la fuerza electromagnética son los "mismos" fotones (es decir, exactamente la misma partícula) que los fotones que actúan como cuantos de radiación EM?

¿Es solo que los fotones emitidos como partículas virtuales tienen una energía lo suficientemente alta como para actuar como portadores de fuerza? Si es así, ¿qué hace que las partículas cargadas emitan fotones de tan alta energía?

II) Como pregunta complementaria: me están presentando vagamente la Unificación electrodébil y la idea de que, con una energía lo suficientemente alta, las fuerzas EM y Débil se vuelven indistinguibles entre sí (y, creo, que la diferencia entre la fuerza EM y la fuerza débil, a baja energía, es que los bosones W y Z que median la fuerza débil son masivos y, por lo tanto, actúan en un rango bajo, mientras que los fotones no tienen masa y, por lo tanto, actúan en rangos largos). Y posteriormente, que el bosón de Higgs ayuda a explicar qué da masa a los bosones W y Z.

Pero, ¿cuál es la diferencia entre los bosones W y Z y el fotón que hace que interactúen con el mecanismo de Higgs y el fotón no se vea afectado?

Espero que estas preguntas tengan sentido.

La distinción a veces se hace "en la capa" frente a "fuera de la capa" (la capa es la abreviatura de "capa de masa"), pero un fotón es un fotón. Consulte también physics.stackexchange.com/questions/68940/… y physics.stackexchange.com/questions/61095/…

Respuestas (2)

Sólo hay un tipo de fotón.

De hecho, cuando describimos interacciones elementales entre dos electrones, por ejemplo, llamamos al fotón "virtual" en oposición a un fotón físico que podría existir fuera de este proceso.

Aún así, estas son las mismas partículas, es decir, excitaciones del mismo campo fundamental, como los fotones que componen la luz, por ejemplo.

Nuevamente, los fotones virtuales solo pueden aparecer en el contexto de una interacción directa entre partículas cargadas, mientras que los fotones reales son las ondas electromagnéticas emitidas, por ejemplo, por átomos excitados. Los campos eléctricos y magnéticos macroscópicos (constantes) son estados coherentes de fotones virtuales.

Con respecto a la unificación electrodébil, parece que tienes una idea equivocada. En la teoría unificada ya no existe el electromagnetismo, sino sólo la fuerza electrodébil, que tiene cuatro portadores de fuerza: El W ± , W 0 y B .

El campo de Higgs se acopla a todos ellos, dando masa al W ± y a una combinación lineal de W 0 y B , que llamamos Z = porque ⁡ ( θ W ) W 0 + pecado ⁡ ( θ W ) B , mientras que la combinación lineal ortogonal γ = − pecado ⁡ ( θ W ) W 0 + porque ⁡ ( θ W ) B permanece sin masa.

Entonces, el fotón se define como el bosón que permanece sin masa después de la ruptura de la simetría electrodébil.

Wow, excelente respuesta, gracias. Si no le importa, tengo algunas preguntas de seguimiento: (1) ¿Es incorrecto seguir pensando que los fotones virtuales son "enviados" desde partículas cargadas, como los fotones reales son enviados desde átomos excitados? Si no es así, ¿hay alguna propiedad de las partículas cargadas que haga que envíen fotones virtuales/de alta energía en lugar de fotones reales? (2) ¿Cuál es el significado de que el fotón sea ortogonal al bozón Z, y cómo se relaciona eso con el hecho de que los bosones tengan o no masa? (Tengo una relativa familiaridad con las funciones ortogonales, así que estoy muy interesado).
Además, (3), cuando dice que los campos eléctricos y magnéticos macroscópicos son estados coherentes de fotones reales, ¿hay alguna conexión con las ondas estacionarias y la resonancia? ¿Es incorrecto pensar en los campos eléctricos constantes como ondas de fotones estacionarios con los campos eléctricos y magnéticos que describen su propagación "alineados" de tal manera que parecen constantes como ondas que se propagan en una cadena "alineadas" para crear un onda estacionaria con nodos?
(1) Sí, puede pensar en un fotón virtual como un fotón que es capturado inmediatamente por otra partícula, lo que provoca un cambio repentino en el impulso de esa otra partícula. (2) La importancia es que, mientras que el bosón de Higgs se acopla a los cuatro bosones de norma electrodébiles, existe una combinación lineal de los (resulta) eléctricamente neutros a los que se acopla 'con toda su fuerza' y otra a la que no no copular en absoluto. Que sean ortogonales conduce a la Z bosón siendo eléctricamente neutro, es decir, no Z − γ -acoplamiento. Y (3): si :)
Re (1) - ¿De verdad quieres decir "...*inmediatamente* atrapado por otra partícula"? ¿No tendría que seguir moviéndose a la velocidad de la luz?
No. Dado que no se requiere que tengan energía y cantidad de movimiento en la capa de masa (vea la respuesta de Rob), tampoco se aplican otros límites. Una forma ingenua de representar esto es que la interacción entre dos electrones a través de un fotón tiene lugar como un pequeño relámpago, conectando los dos electrones por un instante, permitiendo que se intercambie el impulso. Después de que el rayo desaparece, los electrones cambian de dirección y vuelven a olvidarse unos de otros.
Si desea una respuesta más concreta, consulte esta pregunta y sus respuestas.

Una diferencia importante entre los fotones reales y los virtuales es que no se requiere que las partículas virtuales tengan energía y momento en la "capa de masa" . Es decir, los fotones virtuales pueden tener mi 2 − pags 2 ≠ metro 2 , mientras que los fotones reales deben obedecer mi 2 − pags 2 = metro 2 = 0 .

Mi memoria no está de acuerdo con Neuneck (v1): creo que una superposición coherente de fotones reales es un láser, mientras que los campos eléctricos y magnéticos estáticos están compuestos por fotones virtuales. Por ejemplo, considere el campo entre dos cargas puntuales con signo opuesto. Los fotones reales que se mueven a lo largo del camino entre las dos cargas pueden producir solo campos eléctricos transversales, pero el campo estático es completamente longitudinal. Un fotón virtual con metro ≠ 0 , sin embargo, no se limita a los dos estados de polarización transversal.

La descripción de Neuneck del ángulo de mezcla débil es acertada. Agregaría que recuperas una fuerza electrodébil "pura" en el límite donde la energía mi involucrados en la interacción es mucho más grande que el W y Z masas, mi ≫ metro W . En ese caso, puede usar la aproximación de que los cuatro bosones electrodébiles W ± , Z 0 , γ tener la "misma" masa metro ≈ 0 .

¿Hay alguna utilidad en pensar en fotones virtuales como "moviéndose" de una partícula cargada a otra? Sé que en su enlace dice que no se requiere que las partículas que están fuera de la capa sigan las ecuaciones normales de movimiento en la dinámica clásica, así que supongo que no ... Pero tengo problemas para pensar en cómo un fotón se mueve de alguna manera desde una partícula cargada a otra crearía un campo eléctrico longitudinal. ¿No tendría que estar el fotón en movimiento? a la línea que conecta los dos? (Supongo que ya que no tiene que viajar normalmente, pensarlo de esta manera es inútil...?)
¡Buena publicación, también +1 por señalar mi error!
Re photons "moving": Piensa en todos los fotones virtuales intercambiando impulso en ambas direcciones, lo cual es un poco peludo.
Repolarización: El fotón tiene espín unitario, por lo que en principio tiene tres estados de polarización circular; sin embargo, dado que el fotón se mueve a C solo se pueden observar los estados de helicidad completamente alineados y antialineados (o superposiciones, como polarización plana). Los fotones fuera de la concha tienen un estado de polarización ortogonal adicional.
@rob: "Una gran diferencia entre los fotones reales y virtuales es que no se requiere que las partículas virtuales tengan energía y momento...". ¿No se les exige o no se les permite tener energía e impulso?
@brightmagus "... no se requiere tener energía e impulso en el caparazón de masa". Siempre hay algo de energía e impulso.
@rob: ¿Entonces la partícula que emite fotones virtuales está perdiendo energía?
@brightmagus Intercambiar constantemente fotones virtuales con todas las demás partículas cargadas es lo que significa tener carga eléctrica; la energía es de estado estacionario.
@rob: Entonces, ¿aproximadamente todas las partículas emitidas son interceptadas?
@brightmagus Todas las partículas virtuales se intercambian .
@rob: ¿Cómo se logra? ¿Están dirigidos por la partícula emisora ​​exactamente hacia la otra partícula? 100% de precisión?
@brightmagus Suena como un tema para una pregunta de seguimiento.
@rob: ¿Hay una respuesta? (Solo dame un enlace y me iré)
@brightmagus La respuesta tiene matices. no tengo enlace
¿Existe una "diferencia" entre los fotones que actúan como partículas virtuales y los fotones que actúan como cuantos de radiación EM?
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