En términos simples, ¿qué es un par virtual de electrón-positrón?

Presta atención al término “virtual”. Esto significa que este par de partículas en realidad no existe. ¿Entonces que son? Son medios para resolver un problema difícil.

En las proximidades de un electrón, la atracción eléctrica es extremadamente fuerte. A distancias de aproximadamente 1 / 10,000 del núcleo de un átomo, esta atracción es tan fuerte que las leyes clásicas de la física e incluso la mecánica cuántica no podían predecir con precisión cómo se comportaría el electrón cuando otras partículas colisionan con él o se dispersan.

Se descubrió una solución muy precisa que se conoce como electrodinámica cuántica (QED). Fue Richard Feynman quien descubrió que los términos matemáticos abstractos de QED pueden describirse como “partículas virtuales”. Esto significa que la fuerte atracción del electrón hace que el vacío cercano cree pares de positrones de electrones. El positrón es atraído por el electrón original y podría aniquilarlo, dejando al nuevo electrón como la partícula libre sobreviviente. Lo que observamos como “un electrón” es en realidad un mar de infinitas creaciones y aniquilaciones de tales pares y el fenómeno que llamamos “electrón” es solo el resultado promedio de la interacción con todas las partículas virtuales posibles.

Los electrones y los positrones tienen exactamente los valores opuestos de todo excepto la masa; por lo tanto, si tiene suficiente energía para formar su masa combinada (y una forma de conservar el impulso), puede crearlos de la nada. Si no tiene suficiente energía, puede “tomarla prestada” del “banco de energía” por un tiempo muy breve dado por el principio de incertidumbre de Heisenberg (versión de tiempo / energía) siempre que la vuelva a depositar antes de la auditoría. Entonces, un par virtual de electrón-positrón es uno que se crea “de la nada” de esta manera y luego vuelve al vacío a medida que el par se aniquila.

El vacío está lleno de estas cosas, lo que permite un fenómeno llamado ” polarización de vacío ” que se ha medido con mucha precisión. Pero esa es otra historia.

Cada vez que surgen este tipo de preguntas, tomo una cuchara de bola de melón imaginaria y una palmada de plastilina.

Alcance una media esfera de arcilla y pegue la arcilla cercana. Llame a la parte extraída un electrón virtual y a la protuberancia un positrón virtual. De cualquier manera funcionará. Ahora haz esto en todas partes con la misma probabilidad, y todos los bultos y agujeros desaparecerán. Esto nos lleva de vuelta al espacio normal de nuevo: el espacio vacío no es abultado. Todas estas partículas virtuales “apareciendo y desapareciendo”, como probablemente haya escuchado, deja el espacio sin rasgos distintivos.

Pero en presencia de partículas reales, los bultos y las protuberancias ya no se distribuyen de manera uniforme, y tienen un efecto real en las interacciones de partículas, así como en otras partículas virtuales que no se distribuyen uniformemente (interacciones de orden superior).