Fotones virtuales como mediadores de fuerza en QED, ¿en serio?

Estos son solo mis pensamientos como alguien que estudió el tema por un tiempo:

El concepto de fotones virtuales que median en la interacción no debe verse como "lo que realmente sucede". Un fotón virtual no es un objeto real (de ahí el nombre "virtual"), sino un artefacto de la teoría de la perturbación. Si conociéramos una manera efectiva (o incluso "una") de hacer los cálculos sin la teoría de la perturbación, todo lo que necesitaríamos serían campos cuantizados. En ningún lugar veríamos la necesidad de introducir la mediación de fuerzas por partículas virtuales. Entonces, "lo que realmente sucede" podría ser solo una partícula que ve el campo creado por otra.

Ahora, un campo "tiene sentido", es decir, estamos acostumbrados a ellos por las teorías clásicas y su pregunta puede responderse fácilmente en este escenario: el electrón no sabe dónde está la otra partícula, simplemente crea un campo en todas partes y la otra partícula reacciona a ello. También "tiene sentido" que el campo se cuantice, es decir, las excitaciones (como las ondas) tienen valores discretos de energía, etc. Sabemos esto por la mecánica cuántica ordinaria. Esto es todo lo que hay: esto es lo que puedes medir (y en este sentido, esto es "lo que es real").

Sin embargo, no tenemos una manera de hacer QED (o QCD) sin usar la teoría de perturbaciones y cuando hacemos la teoría de perturbaciones, obtenemos los fotones virtuales. Entonces, en cierto sentido, tenemos una intuición de lo que realmente sucede (teoría de campos + mecánica cuántica), pero eso no nos ayuda a hacer cálculos. Para hacer esto, necesitamos la teoría de la perturbación y para "comprender" los resultados de la teoría de la perturbación, es bueno pensar en las partículas virtuales como partículas reales que median la fuerza, tal como dice anna v.

Si el fotón es el vector de fuerza para las interacciones EM, por ejemplo, los electrones, ¿cómo 'sabe' cada electrón dónde está el otro para poder enviarle un fotón?

Las partículas virtuales pertenecen al ámbito de la mecánica cuántica, que es el marco necesario para describir el comportamiento del micromundo, con dimensiones compatibles con hbar . Se han postulado desde que los diagramas de Feynman se convirtieron en la herramienta para calcular las interacciones a nivel de partículas elementales, y son las líneas internas de estos diagramas. Llevan los números cuánticos de las partículas nombradas pero no la masa, que puede estar fuera de la capa de masa.

En el marco clásico, el electrón tiene un campo eléctrico que se extiende hasta el infinito y tu pregunta no surge. El campo de otros electrones interfiere con su campo y la interferencia es como un electrón "sabe", de la existencia de los otros.

Aunque la física es continua. El marco clásico emerge de la mecánica cuántica sin problemas. En el marco de la mecánica cuántica, la existencia de otro electrón en el universo del primer electrón genera una probabilidad de interacción entre ellos con el intercambio de un fotón virtual, calculable mediante un diagrama de Feynman simple.

La probabilidad es muy muy baja si las distancias y los momentos no están dentro del rango de los valores hbar.

He pensado en esto por un tiempo. Sé que uno podría decir fácilmente "por eso son virtuales",

Se llama fotón virtual porque lleva los números cuánticos del fotón, aunque su masa en el diagrama puede ser diferente de cero.

pero en realidad esto solo me dice: "es mágico, y realmente no lo sabemos, pero nos ayuda a resolver las cosas, y no tenemos ni idea de cómo funcionan REALMENTE las cosas".

Defina magia y defina REAL.

La física es la forma de organizar las observaciones en modelos matemáticos para que la magia pueda reducirse a unos pocos postulados y modelos matemáticos. La magia de los siglos anteriores es la física de este.

Los diagramas de Feynman funcionan para calcular interacciones muy complejas de partículas elementales con mucha precisión. Eso es REAL para un físico. Llamar a las líneas intermedias en los diagramas por el nombre de capa de masa de las partículas ayuda a realizar un seguimiento de los números cuánticos en los diagramas escritos y luego calculados. Eso es todo.

En el microcosmos, las únicas herramientas que tenemos son medidas macroscópicas de lo que calculamos, cuando funcionan, definimos los modelos como si realmente describieran el microcosmos. Para la vida cotidiana, los campos clásicos son más que suficientes para describir observaciones reales.