Cuando dos electrones interactúan, ¿intercambian ambos electrones fotones virtuales o solo uno cede al otro?

Cuando desee calcular cómo interactúan dos electrones utilizando la teoría de campo cuántico, necesita calcular una suma de muchos términos, con un término para cada diagrama de Feynman que tenga el número correcto de entradas y salidas. Entonces, en su caso, necesita sumar todos los diagramas con dos electrones entrando y dos electrones saliendo.

Pero aquí está lo importante: debe realizar una suma sobre * todos * los diagramas de Feynman que se ajusten. No se puede calcular simplemente usando un diagrama, como uno con un fotón virtual que va de un electrón a otro. Individualmente, estos diagramas no corresponden a nada físico. Por lo tanto, no tiene sentido hacer preguntas como “¿se intercambió un fotón virtual?”. Cada combinación posible contribuye.

En la práctica, no sabemos cómo sumar todos los términos, por lo que nos aproximamos a la suma de los diagramas que creemos que contribuyen más. Las contribuciones se hacen más pequeñas a medida que aumenta el número de bucles en los diagramas, de modo que podemos evitar usar solo diagramas con menos bucles. Para el electromagnetismo, sumar sobre diagramas con hasta 4 bucles puede obtener resultados increíblemente precisos.

Los fotones virtuales solo tienen una existencia relativa. Cada electrón “ve” solo fotones provenientes del otro.

Para mí, es más fácil visualizar esto mientras se tratan los fotones como ondas en lugar de partículas. En el marco de referencia de uno de los electrones, solo se mueve el otro electrón. A medida que cambia su posición, el campo eléctrico del universo debe cambiar su contorno en consecuencia. El cambio se extiende desde el electrón en movimiento a la velocidad de la luz. Se considera que la ola de ese cambio consiste en fotones virtuales.

Pero el movimiento es solo relativo. Por un razonamiento idéntico, el otro electrón ve el cambio como emanando del primer electrón.

En otro marco de referencia en el que ambos electrones están en movimiento, los fotones virtuales emanan de ambos.

Oye, si los fotones fueran más reales que eso, no serían “virtuales”.

Supongo que debe ser un fotón virtual. Esto asegura la conservación del impulso. El fotón virtual toma algo de impulso del primer electrón y se lo da al segundo electrón. Esto asegura la conservación del impulso.

Estoy un poco preocupado por la aparente falta de simetría, dos electrones idénticos que se repelen, ¿cómo sabe uno que va a emitir un fotón virtual y el otro lo va a recibir?

Solo estoy pensando: ¿hay alguna diferencia entre los dos escenarios? es decir, ¿qué pasa si el segundo electrón emitió el fotón y el primero lo recibió? ¿No sería el resultado idéntico? No puede detectar fotones virtuales directamente, por lo que no es posible decir en qué dirección viajan. Me pregunto si es uno de esos casos en los que tenemos que decir que el fotón se intercambia pero no podemos decir nada más.

Esperemos que alguien dé una respuesta definitiva.

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