Número de gravitones lanzados por un protón

El artículo de wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/Gauge_bosons describe cómo en QM los intercambios de bosones de calibre transmiten fuerza, y describe cómo el gravitón también puede ser un bosón de calibre.

Si el universo observable está formado por alrededor de 10^80 átomos de hidrógeno*, esto implica que cada átomo debería intercambiar bosones de calibre con otros 10^80 átomos. Entonces, cada átomo debería lanzar 10 ^ 80 gravitones y una cantidad similar de fotones, gluones, etc.

¿Es así realmente como funciona? ¿Un protón lanza 10 ^ 80 bosones cuando comienza a existir?

* http://www.universetoday.com/36302/atoms-in-the-universe/

Los bosones son cuantos de energía en un campo cuántico, y existe un principio de incertidumbre que relaciona la intensidad del campo y el número de partículas (ver "estado coherente" frente a "estado numérico"). El campo gravitatorio estático de un protón probablemente se representaría como un estado coherente, lo que significa que era una superposición de estados numéricos para cada número posible de gravitones.
Estos conceptos de la teoría cuántica de campos son un poco difíciles de comprender a primera vista, pero quizás la respuesta más simple a su pregunta es que la interacción gravitatoria cuántica entre el protón y el resto del universo debería involucrar cantidades arbitrariamente grandes de gravitones, y no solo uno para cada otra partícula.
@MitchellPorter es correcto. Además, en el lenguaje del intercambio de partículas (que de ninguna manera es la única manera de hablar de esto), las fuerzas estáticas son generadas por partículas "virtuales". Estas son partículas que no obedecen a la relación habitual entre energía y cantidad de movimiento (realmente esto se debe a que son un artefacto de cierto método de aproximación en la teoría cuántica de campos - lo fundamental es el campo, no las partículas). Las partículas virtuales detrás de una fuerza estática tienen energía cero , por lo que no hay obstrucción para hacer un número infinito de ellas.

Respuestas (2)

No tiene sentido hablar del número exacto de partículas virtuales correspondientes a la interacción de una determinada partícula con otras partículas. Simplemente no está bien definido, ni en el marco matemático del formalismo de la integral de caminos de la teoría cuántica de campos, ni si uno los usa como una imagen heurística de la realidad. Las partículas virtuales aparecen en un contexto en el que se necesitan estados de entrada y salida bien definidos, luego se puede formular una integral de trayectoria y dibujar diagramas de Feynman, y en principio hay un número infinito de ellas. Como las partículas virtuales corresponden a líneas internas en los diagramas de Feynman, esta circunstancia hace que contarlas sea bastante difícil. Heurísticamente, se podría decir que solo contamos aquellos diagramas que más contribuyen a un proceso dado y decir que está mediado por las partículas virtuales correspondientes. Sin embargo,

Dado que los comentaristas no están convirtiendo sus comentarios en una respuesta, resumiré:

Si el universo observable está formado por alrededor de 10^80 átomos de hidrógeno*, esto implica que cada átomo debería intercambiar bosones de calibre con otros 10^80 átomos.

Hasta ahora, todo bien. La visión teórica de campo de las interacciones dice que estas ocurren por el intercambio de partículas virtuales entre "partículas reales", real significa que están en su capa de masa .

Este diagrama de Feynman

ingrese la descripción de la imagen aquí

Muestra las partículas en capa: el kaon que se descompone en tres piones, que tienen una masa definida, y los que están fuera de la capa, los quarks y el gluón y el W que están fuera de la capa de masa y son virtuales y, por lo tanto, no obedecen las leyes de conservación de la energía y el momento. Esto es más sorprendente en el caso del intercambio de W, donde la masa del W en la capa (real) es varios órdenes de magnitud mayor que la masa del Kaon real. Son solo representaciones de números cuánticos similares a las partículas correspondientemente nombradas en la capa (gluones y quarks nunca son libres, por lo que nunca en la capa, pero esa es otra historia).

Entonces, cada átomo debería lanzar 10 ^ 80 gravitones y una cantidad similar de fotones, gluones, etc.

No. Teóricamente, cada átomo puede interactuar con todos los demás átomos a través de intercambios de partículas virtuales, aunque estas interacciones serán extremadamente débiles cuanto mayor sea la distancia entre las partículas en la capa. Estas partículas fuera de la cáscara pueden ser una o muchas, de cada átomo de hidrógeno, aunque en el cálculo suelen dominar unos pocos intercambios.

Lanzamiento implica manifestación en el caparazón, en mi vocabulario.

Lo que debe mantener es que no hay conservación en el número de partículas virtuales fuera de la capa de masa que no sea la probabilidad decreciente de intercambios múltiples, que disminuye al menos para la interacción débil, electromagnética y gravitatoria. Los gluones son otro tipo de animal y otra historia también.

Aunque dudo en decir que las partículas fuera de la cáscara están "allí" en absoluto. El diagrama de Feynman anterior es, después de todo, en última instancia, un artefacto de la teoría de la perturbación, que depende de nuestro esquema de aproximación, no de la física.
@JerrySchirmer Claro. Pero el concepto mismo de una partícula virtual proviene de tales diagramas, es decir, el formato de cálculo de secciones transversales para un proceso. Es el ajuste exitoso de datos con cálculos lo que les da "existencia", como polos, con los números cuánticos de las partículas "reales".
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