¿Las partículas inestables son alguna vez "reales"?

Uno tiene que tener en la forma de pensar una distinción clara entre los observables experimentales y los modelos matemáticos usados ​​para describir los observables. Las partículas virtuales se definen dentro de un modelo de teoría cuántica de campos, aquí como un ejemplo de dispersión de electrones:

Este diagrama tiene una correspondencia uno a uno con una integral de QFT que dará cuando se calcule la probabilidad de dispersión de electrones, la sección transversal, una cantidad medible experimentalmente. El modelo teórico se ajusta muy bien a los datos.

Entonces, dentro de QFT virtual se define como una línea que tiene todos los números cuánticos de la partícula nombrada, su masa en el propagador que se integrará, PERO el cuatro vector (aquí entra la relatividad especial) que describe esta línea interna es variable dentro de la límites de integración. Por eso se llama virtual, porque para una partícula real el cuatro vector debe ser igual a la masa de la partícula real.

Entonces, las partículas reales son las que están en la capa de masa, y estas son líneas externas en el diagrama QFT Feynman.

Entonces, está en manos del investigador que usa el modelo QFT para ajustar los datos, qué límites usará para la integración y, por supuesto, depende del problema en cuestión decidir cuáles serán cuatro vectores reales y cuáles ser virtual, dentro del diagrama. Vea el diagrama de feynman de decaimiento de tau :

Dependiendo de los datos experimentales que se quieran ajustar, se puede decidir sobre líneas internas o externas. Por ejemplo, una simple detección de un tau a mu+ neutrino mu, partículas reales solo necesitaría un diagrama (integral) de un W virtual, es decir, fuera de la capa de masa.

Depende de los datos experimentales ajustados lo que define virtual o no, qué modelo matemático se utiliza. No es simple, pero funciona en el ajuste de los datos.

Todo el formalismo de los diagramas de Feynman y el cálculo de las secciones transversales de dispersión se basa en la matriz S, que calcula la amplitud de dispersión de los estados asintóticamente libres. Entonces, en un formalismo puramente estricto, solo tiene sentido aplicarlo a partículas donde tanto el estado inicial como el estado final son absolutamente estables. Pero muchas veces hay una separación de escalas tal que está bien aproximar algunas partículas como estables y hacer su cálculo. Generalmente, si su partícula de estado final decae en una escala de tiempo que es mucho más grande que la escala de tiempo de la interacción fuerte que está considerando, entonces está bien tratarla como 'estable'. Recuerda que el tiempo y la energía están inversamente relacionados.

Por ejemplo, en un diagrama como este:

La escala de tiempo/energía del decaimiento Z es la misma que la interacción que produjo el Z, por lo que no tendría sentido ignorar el decaimiento de los muones. Sin embargo, los propios muones, aunque son técnicamente inestables, tardarán mucho tiempo en desintegrarse, ¡incluso interactúan con un detector antes de hacerlo! Por lo tanto, es una muy buena aproximación tratarlos como 'estables' para este cálculo y no incluir su decaimiento en el diagrama.