Strona głównaPytania → Czy oddziaływania fundamentalne są zawsze...

Czy oddziaływania fundamentalne są zawsze przejawem wymiany cząstek wirtualnych?

Pytanie

Pyta Andrzej

Czy według Modelu Standardowego oddziaływania fundamentalne są zawsze (tylko) przejawem wymiany wirtualnych cząstek? Jeśli tak, to dlaczego dane cząstki nie oddziałują z innym obiektami (np. fotony wymieniane pomiędzy dwoma magnesami, pomiędzy którymi znajduje się trzeci magnes)? Czy tymi cząstkami są tylko bozony cechowania?

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

W elektrodynamice klasycznej naładowane cząstki wytwarzają pole elektromagnetyczne, za pośrednictwem którego oddziałują z innymi naładowanymi cząstkami. W elektrodynamice kwantowej cząstki naładowane opisujemy jako
wzbudzenia pewnych pól kwantowych, a wzbudzenia kwantowego pola elektromagnetycznego możemy często opisywać jako cząstki – fotony. Możliwość opisu materii i oddziaływań zarówno w języku pól, jak i cząstek nazywamy
dualizmem korpuskularno-falowym. Formalizm matematyczny, który stosujemy do przewidywania wyników doświadczeń jest tylko jeden, ale możemy go tłumaczyć na nasz „ludzki” język na dwa sposoby – korpuskularny lub falowy. W zależności od rozważanego eksperymentu albo jeden albo drugi sposób jest wygodniejszy.

Po tym ogólnym wstępie mogę odpowiedzieć na właściwe pytanie. Tak, każde oddziaływanie można interpretować w języku wymiany cząstek wirtualnych, choć nie zawsze jest to wygodne. Pole elektromagnetyczne w układzie trzech magnesów można opisywać jako wymianę bardzo wielu wirtualnych fotonów, spośród których niektóre połączą magnesy 1 i 2, inne – magnesy 1 i 3, a jeszcze inne – magnesy 2 i 3. Nie jest to jednak w tym wypadku opis wygodny.

Często w literaturze spotyka się stwierdzenia, że bozony cechowania odpowiadają za oddziaływania między cząstkami materii złożonej z fermionów (leptonów i kwarków). Ściśle rzecz biorąc jednak każda cząstka kwantowa może brać udział w oddziaływaniu między innymi cząstkami kwantowymi. Wyobraźmy sobie na przykład dwa wysokoenergetyczne fotony $\gamma$ przylatujące do nas z odległych galaktyk. Oddziaływanie między nimi może wystąpić za pośrednictwem pętli wirtualnych elektronów. Inny przykład: bozon Higgsa rozpada się najczęściej na kwark $b$ i antykwark $\bar b$ za pośrednictwem oddziaływania, w którym (w pierwszym przybliżeniu) w ogóle nie biorą udziału bozony cechowania.