Si las partículas virtuales son solo excitaciones de su campo particular, ¿qué tiene de “cuántico”?

Usted pregunta “¿hay algo en el campo que evite que cualquier excitación se desvíe de una proporción entera de esos cuantos?” En una palabra: sí. Probablemente esté pensando en campos clásicos, donde las excitaciones pueden ser de cualquier tamaño, etc. Sin embargo, las excitaciones de campo cuántico también tienen números discretos asociados, que son múltiplos enteros de alguna cantidad básica. No hay un equivalente clásico de estos. El “número cuántico” discreto más familiar es probablemente la carga eléctrica, pero hay muchos otros, como spin, número de barión, número de lepton, isospin débil, color, etc.

Estas son, creo, la respuesta que estás buscando. Si quisiera crear “medio electrón”, por ejemplo, incluso como partícula virtual, necesitaría algo con media unidad de carga, un cuarto de unidad de espín, y así sucesivamente. En otras palabras, una partícula completamente diferente y que sería muy difícil de adaptar a nuestra comprensión actual del Modelo Estándar.

Para una analogía bastante débil, considere cómo cavar medio hoyo (= crear medio electrón). Por supuesto que no puedes. Puede cavar un hoyo la mitad de profundo que otro (¿producir un electrón con la mitad de la energía?), Pero todavía tenía la propiedad fundamental de un hoyo, es decir, que es una depresión en el suelo. Es fácil interpretar en exceso las analogías, así que lo detendré allí, pero tal vez aún fue útil.

Si sus matemáticas están a la altura (no tengo idea de su nivel, este es definitivamente un tema de nivel de licenciatura en ciencias), eche un vistazo a los “operadores de creación y aniquilación”: esto es lo que realmente hace el trabajo de crear excitaciones de campo, y dar lugar a su naturaleza discreta.

En física clásica tienes cuerpos o partículas con sus coordenadas y momentos como números simples. En la mecánica cuántica simple no relativista de una partícula, hacemos primero la cuantización, donde cosas como el momento y las coordenadas no se convierten en números, sino en operadores que actúan sobre algún estado vectorial, a menudo expresado por una función de onda. QFT nace con la segunda cuantización, donde tomas campos y haces que devuelvan no números sino operadores nuevamente. Todos los campos de partículas están formados por operadores que actúan sobre algún vector de estado, pero este vector ya no es una función de onda, es un objeto más interesante del espacio Fock. Estos operadores crean 1 partícula en cierto estado o destruyen 1 partícula. Y todas las ecuaciones de campo ahora usan estos operadores, por lo que todo lo que pueden hacer es cambiar el número de partículas por 1. De ahí la parte cuántica.

A las dos preguntas en sus Detalles: y . Lo tienes en pocas palabras!