¿Pueden interferir las partículas virtuales, en particular los gravitones?

Primero pregunta si podría haber efectos de interferencia entre los gravitones virtuales. Suponiendo que algo así como la teoría estándar para las interacciones de partículas (teoría cuántica de campos) se aplicaría a una teoría cuántica de gravitones, de hecho habría interferencia entre gravitones virtuales.

La probabilidad total de un evento de dispersión que involucre gravitones, digamos$ee\to ee$con gravitones intermedios, sería una suma de todos los posibles estados intermedios que involucran gravitones. Habría interferencia entre estos estados intermedios.

Sin embargo, es poco probable que los efectos de la gravedad cuántica puedan resolver el problema de la materia oscura (su segunda pregunta). Se cree que los efectos de la gravedad cuántica son importantes solo para energías increíblemente grandes (energías similares a la masa de Planck). Grandes energías equivalen a distancias muy pequeñas (debido a la longitud de onda de De Broglie).

La evidencia de la materia oscura proviene de experimentos que prueban algunas escalas de distancia diferentes, pero todas ellas son mucho más grandes que la escala pequeña (la longitud de Planck) en la que la gravedad cuántica debería ser relevante.

Una minoría de físicos piensa que el problema de la materia oscura podría resolverse modificando la gravedad (por ejemplo, la dinámica newtoniana modificada), pero sus teorías no implican la gravedad cuántica, sino sólo la gravedad modificada pero clásica.

Pregunta 1. ¿Pueden interferir las partículas virtuales, en particular los gravitones?

Los gravitones son los portadores hipotéticos de la gravedad, correspondientes al fotón del electromagnetismo, con un acoplamiento a la materia muy débil en comparación con todas las demás fuerzas :

Con el acoplamiento de fuerza fuerte en 1, el electromagnético está en 1/137, el débil 10^-6, el gravitacional 10^-39.

Suponiendo que para una cuantización válida de la gravedad, la interacción gravitón gravitón pasará por bucles de otras partículas de materia, haciendo que la interacción entre dos gravitones sea prácticamente infinitesimal, 10^-78.

Entonces, la interacción gravitón-gravitón será muy pequeña.

Pregunta 1. ¿Pueden interferir las partículas virtuales, en particular los gravitones?

Los gravitones, si existen, son como fotones, no como partículas virtuales.

La interferencia en términos de mecánica cuántica proviene de la superposición de las funciones de onda individuales a una función de onda general de dos gravitones, Psi. La superposición es lineal y la densidad de probabilidad de la superposición Psi*Psi tiene los efectos de interferencia, sin interacción. Sólo por la naturaleza de la densidad de probabilidad.

Las partículas virtuales no están en ese juego de pelota, están dentro de una integral y la interferencia o interacción no tiene sentido. Son parte de las matemáticas que hacen un seguimiento de los números cuánticos y la conservación del momento de la energía.

La respuesta es que las partículas virtuales no interfieren. Los gravitones son partículas reales como los fotones y pueden interferir si se encuentran en la misma región del espacio-tiempo.

Pregunta 2. ¿Podría esto conducir a una solución del problema de la materia oscura?

La respuesta es no. Las interacciones entre gravitones y gravitones son mucho peores que las interacciones entre fotones y fotones, y los efectos de interferencia son irrelevantes en la acumulación de masa a granel.

Puede que le interese leer la entrada de la wiki sobre el gravitón.

La pregunta sobre si las partículas virtuales (gravitones) pueden interferir está precedida por algunos argumentos que contienen una serie de afirmaciones que necesitan una cuidadosa consideración. Entonces, antes de abordar la pregunta, primero miraré estas declaraciones:

1)

"Su existencia [partículas virtuales] está permitida por el principio de incertidumbre de Heisenberg, que permite una violación transitoria de la conservación de la energía en procesos que duran un tiempo lo suficientemente corto".

Esta declaración revela un concepto erróneo común sobre el principio de incertidumbre de Heisenberg. En realidad, especifica una incertidumbre mínima y no una incertidumbre máxima . En otras palabras, para satisfacer el principio de incertidumbre de Heisenberg, algo debe existir durante un tiempo lo suficientemente largo y no lo suficientemente corto . Algo no puede 'esconderse debajo' de la incertidumbre. No, el principio establece que es fundamentalmente imposible que cualquier cosa (incluso las partículas virtuales) exista por menos de un cierto tiempo dado por la incertidumbre energética.

2)

"... se establece que cuanto menos enérgico es el portador de fuerza, más fuerte es la fuerza mediada".

En realidad, esto solo es cierto para las teorías no abelianas (como QCD y electrodébil), hasta donde yo sé. Sus acoplamientos se vuelven más débiles para energías más altas. Otras teorías, como QED, se vuelven más extrañas a energías más altas. Una revisión rápida de la literatura parece indicar que existe un desacuerdo sobre si se puede decir que la gravedad cuántica tiene un acoplamiento continuo.

3)

Si los gravitones pueden interferir, entonces es probable que interfieran destructivamente (el azar dicta que tanto la interferencia constructiva como la destructiva están presentes, pero la interferencia destructiva es más probable, eso lo podemos probar)

Me gustaría ver esa prueba. Tal vez usted puede dar una referencia. Heurísticamente, se puede argumentar que la interferencia destructiva y constructiva debería ser igualmente probable. La razón es que debe haber conservación de energía. En un campo de luz aleatorio, por ejemplo, uno encontraría motas, que contienen puntos brillantes y puntos oscuros, de modo que la intensidad promedio mantendría la conservación de la energía.

4)

De la relación de Planck de la mecánica cuántica, eso significa que estos gravitones serán menos energéticos, aumentando así la intensidad de la fuerza de gravitación, en grandes escalas.

Con base en las preocupaciones mencionadas anteriormente, esta conclusión es cuestionable. De hecho, está básicamente descartado por las observaciones. Podría decirse que una fuerza que se vuelve más fuerte con la distancia alcanzaría una distancia más allá de la cual dejaría de ser perturbadora. En otras palabras, se limitaría a sí mismo como lo hace QCD. No vemos absolutamente ninguna evidencia de eso.

Pregunta 1:

Así que consideremos la cuestión de si las partículas virtuales pueden interferir. (En el contexto en el que se hace esta pregunta, dudo seriamente que esta respuesta, o cualquiera de las otras respuestas, aborde el problema real que el OP desea plantear. Simplemente hay demasiados conceptos erróneos. Sin embargo, por el bien de la pregunta en sí, y debido a que las dos respuestas actuales no están de acuerdo entre sí, incluiré mi intento).

Los campos virtuales quizás se encuentran más rigurosamente representados por las líneas internas en Feynman. La razón por la que son virtuales es porque están fuera de la cáscara, es decir, no satisfacen ninguna relación de dispersión. De esta comprensión se siguió que algunos físicos sugirieron que los campos de fuerza alrededor de las partículas (como el campo de Coulomb alrededor de una partícula cargada) pueden verse como un campo virtual.

Cuando queremos decir si estos campos virtuales pueden interferir, debemos estar de acuerdo sobre lo que entendemos por interferencia. En la mayoría de las situaciones se entiende que esto se encuentra cuando diferentes campos pueden formar una superposición lineal. En determinadas situaciones, esta superposición puede observarse como franjas de interferencia. Sin embargo, las franjas no necesitan estar presentes para representar un fenómeno de interferencia. También existe, por ejemplo, el caso de la interferencia cuántica en, por ejemplo, el efecto Hong-Ou-Mandel.

Entonces, si nos restringimos al caso de los campos virtuales tal como aparecen en el diagrama de Feynman. Entonces, de hecho, tenemos una superposición lineal de infinitas contracciones diferentes de los diferentes campos (ondas planas, tanto dentro como fuera de la capa). Esta superposición lineal existe en forma de integrales sobre todos los grados de libertad del espacio de fase que están involucrados en el diagrama. Bueno, eso significaría que tenemos el escenario de la interferencia, y dado que incorpora un campo virtual, se deduce que dichos campos virtuales también interfieren.

Lamentablemente, tal interferencia no se puede observar de la misma manera que se observaría la interferencia en un campo óptico clásico. El efecto de la interferencia es más un tipo de interferencia de suma sobre historias que determina la amplitud de probabilidad para una interacción específica.

Pregunta 2:

En vista de lo anterior, es muy dudoso que esto pueda explicar la materia oscura.

Tal como lo veo, los gravitones interferirían si las ondas de gravedad interfieren. Y ciertamente creo que una onda de gravedad interferiría. Supongo que son ondas transversales que pueden interferir como cualquier otra onda.