Partícula virtual

Una partícula virtual es en general una partícula elemental que existe durante un tiempo tan corto que debido al principio de indeterminación de Heisenberg no es posible medir sus propiedades de forma exacta. El término "partícula virtual" se utiliza en contraposición a "partícula real" para explicar las infracciones que éstas parecen cometer en las leyes de conservación durante sus interacciones.

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Las fuerzas fundamentales

Las fuerzas fundamentales están transmitidas por los bosones de gauge. Cuando éstos bosones transmiten las fuerzas son virtuales, y son creados en el vacío.

Incluso en el vacío más perfecto, ya sea el que se cree en un laboratorio, el espacio intergaláctico, o el vacío interatómico, son creados continuamente bosones de gauge con una existencia extremadamente breve. La mecánica cuántica predice que la energía del vacío nunca puede llegar a ser cero. La energía menor posible del vacío se llama energía del punto cero, y es precisamente la poca (aunque no nula) energía de éstas partículas virtuales la que causa éste fenómeno. Éste modelo del vacío se llama vacío mecánico cuántico, o más corto, vacío cuántico.

La transmisión de las fuerzas entre las distintas cargas de cada interacción está descrita por la teoría cuántica de campos, que describe cómo los bosones de gauge virtuales se transmiten a través del vacío polarizado entre las cargas reales.

Algunos de éstos bosones también se presentan reales en distintos fenómenos:

• Los fotones son partículas reales cuando los observamos en cualquier tipo de radiación electromagnética, como la luz o los rayos X. Cuando transmite la interacción electromagnética entre partículas con carga eléctrica los fotones son virtuales.
• Los gluones reales forman los llamados mesones y bariones híbridos, así como las glubolas o bolas gluónicas (la existencia de ambos aún no está comprobada). Los gluones que transmiten la interacción fuerte entre partículas con carga de color son virtuales.

Pero una pregunta sin responder es saber si al fin y al cabo, todos bosones de gauge sin masa que existen, incluidos los que arriba que se exponen como reales, son al fin y al cabo virtuales. Éstas partículas se mueven a la velocidad de la luz, y por tanto, atendiendo a la teoría de la relatividad de Albert Einstein, el tiempo que tardan en propagarse entre dos puntos cualesquiera del universo es instantáneo desde el punto de vista de las partículas. Entonces, al ser el tiempo de emisión y absorción instantáneo, ¿serían entonces virtuales?

Pares partícula-antipartícula

No sólo surgen bosones de gauge en el vacío cuántico, sino también pares partícula-antipartícula; como por ejemplo pares electrón-positrón, o pares quark arriba-antiquark arriba, etc.

Siempre debe crearse una partícula con su antipartícula, conservándose así el número fermiónico (un número cuántico) del universo. Las partículas que surgen de éste modo son virtuales porque en cuanto aparecen, tienen tan poca energía que al instante se aniquilan entre sí.

Apantallamiento

Cerca de cualquier tipo de partícula real que tenga algún tipo de carga asociada a cualquier tipo de interacción, las partículas virtuales que surgen en el vacío y tienen dicha carga se polarizan durante su corta existencia, dando lugar así a una polarización neta del vacío a su alrededor.

Tomemos como ejemplo el caso de un electrón real, los pares electrón-positrón virtuales que aparecen a su alrededor se polarizan: los electrones virtuales repeliéndose del real, y los positrones virtuales acercándose. El efecto total de las polarización del vacío es de reducir la carga efectiva de la partícula real, fenómeno conocido como apantallamiento.

En el caso de los quarks reales, los quarks virtuales apantallan tanto la carga eléctrica como la carga de color; pero en éste caso, gluones virtuales también se polarizan (al contrario que los fotones eléctricamente neutros en el caso del electrón). Los gluones tienen, dicho rápidamente, carga de color y de anticolor; y su polarización es opuesta a la de los quarks virtuales, haciendo que la carga de color efectiva de la partícula real sea mayor cuanto más grande sea la distancia a la carga real. Éste fenómeno contrario a lo que ocurría antes con el electrón se llama antiapantallamiento. El antiapantallamiento se pierde cuanto más cerca se está de la carga real, lo que da lugar a la libertad asintótica de los quarks.

Radiación de los agujeros negros

Para más información véase agujero negro.

El fenómeno de la producción de pares ocurre incluso en el borde del horizonte de sucesos de un agujero negro. Puede ocurrir que una de las partículas del par producido caiga dentro del agujero y que la otra se salve, convirtiéndose en una partícula real.

Como una de las partículas se ha vuelto real, se ha violado la ley de conservación de la masa-energía. El agujero negro es el que "paga", cediendo un poquito de su propia energía a la realidad. El proceso continuado hace perder continuamente energía al agujero negro hasta que tras un tiempo directamente proporcional a la superficie del horizonte de sucesos el agujero desaparece completamente.

Éste proceso se llama evaporación del agujero negro, y es causada por fotones que se vuelven reales.

Véase también

• Fuerzas fundamentales
• Vacío
• Teoría de cuerdas
• Radiación de Hawking