L'indeterminazione e le particelle virtuali

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Il principio di indeterminazione di Heisenberg:

Nel 1927, Heisenberg formulò una proprietà fondamentale della meccanica quantistica, secondo cui è impossibile misurare con esattezza contemporaneamente sia la posizione che la quantità di moto di una particella. Quanto più precisamente determiniamo la posizione, tanto meno sappiamo della quantità di moto, e viceversa. Questo è chiamato il principio di indeterminazione di Heisenberg. La relazione matematica è:
Cioè, l'incertezza riguardo alla posizione (x) moltiplicata per l'incertezza riguardo alla quantità di moto (p) è maggiore o uguale ad una costante (h-tagliato diviso 2).

Questo principio può essere scritto anche in termini di energia e tempo:

Cioè, l'incertezza riguardo all'energia di una particella, moltiplicata per l'incertezza riguardo al tempo è maggiore o uguale ad una costante (h-tagliato diviso 2). Perciò per un tempo ridottissimo, l'incertezza riguardo all'energia può essere ampia. Questo conduce all'idea di...


Le particelle virtuali

In molti processi di decadimento o annichilazione, una particella decade in un mediatore di forza di altissima energia, che subito decade in una particella di bassa energia. Queste particelle di alta energia, che vivono così poco, sono particelle virtuali.

La conservazione dell'energia sembra venga violata dall'apparente esistenza di queste particelle molto energetiche per un tempo brevissimo. Comunque, secondo il principio presentato qua sopra, se il tempo di un processo è eccezionalmente breve, l'incertezza riguardo all'energia può essere molto ampia. Allora, secondo il principio di indeterminazione di Heisenberg, queste particelle di altissima energia mediatrici di forza possono esistere, se hanno vita breve. In un certo senso, riescono a sfuggire all'osservazione della realtà.

La conclusione è che l'energia è conservata. L'energia della particella che decade e quella dei prodotti finali sono uguali. Le particelle virtuali esistono per un tempo così breve che non possono mai essere osservate.

Gran parte dei processi tra le particelle fondamentali sono mediati dai mediatori di forza virtuali. Per esempio, vedi il decadimento beta del neutrone, la produzione di particelle charm, o il decadimento di una particella eta-c.


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Domanda: Se un elettrone e un positrone collidono per produrre una Z, Z è una particella virtuale?