W jaki sposób cząstki elementarne oddziałują z próżnią?

Pytanie

Pyta Mariusz

Moje pytanie dotyczy oddziaływania cząstek elementarnych, np. fotonu, z tak zwaną próżnią. Jeśli to oddziaływanie zachodzi, to jakie są jego objawy, a co za tym idzie możliwości jego obserwacji? A jeśli nie ma możliwości obserwacji, czy to oznacza, że nie ma oddziaływania?

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

Elektron oddziałuje z próżnią np. w ten sposób, że występująca w próżni niezerowa wartość pola Higgsa czyni elektron masywnym. Gdyby w próżni nie było pola Higgsa, każdy elektron poruszałby się z prędkością światła. Natomiast foton nie oddziałuje bezpośrednio z polem Higgsa, jest cząstką bezmasową, i porusza się z prędkością światła. Oddziałuje jednak z próżnią w inny sposób, np. poprzez oddziaływanie z próżniowymi fluktuacjami pola elektronowego. Oddziaływanie to sprawia, że np. pole elektromagnetyczne wokół protonu nie jest opisywane dokładnie przez prawo Coulomba (nawet w granicy, w której zaniedbujemy fakt, że proton jest stanem związanym kwarków, i traktujemy go jako cząstkę fundamentalną). Odstępstwa od prawa Coulomba, czyli tzw. polaryzację próżni, testujemy eksperymentalnie badając np. różniczkowy przekrój czynny na rozpraszanie elektronów na protonach. Ma ona również wpływ na wartość energii poziomów energetycznych atomu wodoru. Kolejny przykład: cząstka Higgsa nie oddziałuje bezpośrednio z fotonami (jest elektrycznie neutralna), a jednak obserwujemy jej rozpad na dwa fotony, który zachodzi za pośrednictwem próżniowych fluktuacji pola kwarku top.