¿Son virtuales los fotones que detectamos con nuestros ojos? [duplicar]

Una parte de mí piensa que si la fórmula LSZ y los estados asintóticos ( ver aquí ) se discutieran rigurosamente en los libros introductorios de QFT, en lugar de la presentación descuidada que generalmente se da (si es que se da), toda esta confusión en torno a las partículas virtuales se reduciría en gran medida.

QFT es solo QM de dimensión infinita, y en QM, todo lo que tiene son estados y un hamiltoniano. Nada mas. No hay ningún lugar para que los estados "virtuales" se escondan.

Un fotón que viaja desde alfa centauro hasta tu ojo es un fotón real, fin de la historia. El pequeño paquete de ondas del fotón que viaja libremente por el espacio corresponde a un estado reconocible en el espacio de Hilbert.

Editar:

Los invito a leer detenidamente la publicación del blog de Matt Strassler que usted publicó, porque estoy totalmente de acuerdo con la opinión que él adelanta.

Al leerlo hace un momento, se me ocurrió que, en cierto sentido, la diferencia entre una partícula y una partícula virtual no tiene nada que ver con la mecánica cuántica, sino que incluso está presente en la física clásica. Tomemos, por ejemplo, Maxwell E&M. el culombio$1/r^2$El campo que rodea una carga es lo que es directamente responsable de la atracción de cargas a lo largo de la distancia. Sin embargo, no hay ondas de luz en esta solución. Se crean ondas de luz cuando se mueve la carga. Esto crea una propagación$1/r$campo. Griffiths en su libro de texto de E&M da una pequeña analogía agradable, diciendo que el$1/r^2$El campo de Coulomb es como las moscas que zumban cerca de un camión de basura, pero si un grupo de esas moscas se separa y vuela en una dirección aleatoria, eso es radiación, también conocida como "luz".

En el clásico Maxwell E&M, todo lo que existe son los$E$y$B$campo. Algunas de esas soluciones las identificamos con ondas de luz (pequeñas ondas sinusoidales que se propagan), ¡pero NO todas las soluciones! No hay ondas de luz presentes en el$1/r^2$solución de potencial de Coulomb, y ESTA es la solución principalmente responsable de la atracción de cargas.

Solo el$E$y$B$los campos son todo lo que existe en E&M clásico, el espacio de Hilbert es todo lo que existe en QFT. A veces, un estado en el espacio de Hilbert tiene una interpretación natural como formado por estados de partículas, como un fotón emitido por alfa centauro que se mueve por el cosmos, pero no todos los estados son comprensibles en términos de partículas. En términos generales, creo que la siguiente analogía es bastante buena:

Partícula: Partícula virtual = Onda de luz: Campo de Coulomb.

(Sin embargo, no se entusiasme demasiado con esta analogía. Como comenta ACuriousMind, " Strassler está jugando un poco a un juego de palabras y usa "partícula virtual" como sinónimo de "estado intermedio que no es una partícula pura" de una manera diferente a "línea interna en un diagrama de Feynman". ' Creo que esto también es una toma justa, y realmente se adentra más en el lenguaje de qué diablos es una partícula virtual de todos modos).

Además, la respuesta de @Deschele Schilder parece estar un poco en desacuerdo con la tuya, ¿cómo responderías a la diferencia?

Uno debe recordar exactamente cuándo se aplica la fórmula LSZ, porque ahí es cuando entra en juego toda esta dispersión y el diagrama de Feynman. LSZ es relevante cuando tiene paquetes de ondas muy separados que se superponen significativamente en alguna región espacial llamada "zona de interacción" ( vea la respuesta y la imagen aquí ). Ahora, cuando alfa centauro libera un fotón, un paquete de ondas muy separadas que sale de la estrella es exactamente lo que obtienes. En otras palabras, el fotón que sale de alfa centauro ya es la 'pata externa' del proceso que lo creó.

Además, filosóficamente, ¿por qué el electrón de tu ojo debería ser más real que el fotón que lo excitó? ¿Quién puede decir que los electrones que se excitan son una medida "real" y que los fotones son simplemente virtuales? ¿No podrías decir que la única forma en que podrías detectar electrones es mediante la emisión y absorción de fotones ? Me parece que eso produce un juego bastante vil del huevo y la gallina.

¿Estaría en lo cierto al decir que si quisiera calcular la interacción entre un electrón en Alpha Centauri y un electrón en su ojo, tendría 'fotones virtuales' en el cálculo de QED, pero que esto está calculando un proceso muy separado del real? proceso de absorción de fotones en mi pregunta?

Esa es una buena pregunta, y en realidad no creo que esté en lo correcto al decir eso. Por un lado, el electrón de tu ojo está ligado a un átomo, en su propio orbital, y no es un electrón libre. Entonces, en realidad, el diagrama de Feynman correcto probablemente implicaría que un átomo absorbiera un fotón y se elevara a un estado excitado. También hay una amplia gama de cosas flotando en el cosmos que hay que tener en cuenta, así que también me imagino que los efectos de decoherencia tendrían un gran efecto en el fotón en su viaje.

En mi opinión, el tratamiento técnicamente más correcto sería hacer que el fotón se emita como la pierna externa de algún proceso de emisión en alfa centauro, luego dejarlo viajar como una partícula honesta con Dios y luego dibujar un diagrama de Feynman separado para el proceso de absorción. por el átomo. Creo que tal tratamiento tiene una base más sólida en la fórmula LSZ real, que es de donde proviene todo este material de dispersión de partículas cuando se llega a eso.

Es una locura cómo me parece ver este tipo de ideas difundidas por personas con una gran formación en física.

Creo que el hecho de que los físicos con un alto nivel de educación no estén de acuerdo en materia de interpretación y lenguaje se vuelve menos loco cuanto más físicos conoces.

Leí el mismo comentario en el libro "Introducción a las partículas elementales" de David Griffiths. Y en principio, tiene razón. Todos los fotones que se encuentran entre un evento de emisión y un evento de absorción son virtuales. Un fotón que se emite en Alpa Centauri y se absorbe en tu ojo es virtual. No puedes observarlo porque si lo observas, entonces ya no podrá alcanzar tu ojo. En este sentido, es virtual. Sin embargo, el fotón está muy cerca de lo real, porque también puede considerarse como una pierna de un diagrama de Feynman. Las piernas de estos diagramas se consideran partículas reales. Y así el fotón. También puedes considerar la interacción entre un electrón en Alpha Centauri y un electrón en tu ojo como una reacción entre dos electrones mediada por un fotón. El fotón es en este caso una partícula virtual y los dos electrones son reales. El fotón está muy cerca de una partícula real. Dura mucho tiempo, lo que significa que está cerca de su caparazón masivo. Del mismo modo, también puede llamar virtuales a los electrones, es decir, si se aniquilarán cuando se encuentren con un positrón.

En el contexto de la teoría cuántica de campos, la respuesta es mucho más complicada (ni siquiera se puede hablar de partículas), pero creo que la imagen es suficiente en este contexto.

Los fotones se describen mediante ondas que se propagan y obedecen a la relación relativista de la cantidad de energía. Los fotones virtuales son solo componentes de Fourier del campo cercano o no propagador.