Виртуальные фотоны

Электромагнитное взаимодействие между зарядами в квантовой электродинамике может быть объяснено посредством обмена квантами электромагнитного поля (виртуальными фотонами). Первая частица излучает квант электромагнитного поля, который поглощается второй частицей, передавая ей импульс и энергию вторая частица испускает виртуальный фотон, поглощаемый первой частицей, и т. д. [c.162]

Согласно Фейнману, процесс электромагнитного взаимодействия между двумя зарядами ei и еа (например, рассеяние электрона на электроне) можно схематически изобразить на плоскости координата (л )—время ( ) в виде рис. 1. Здесь внешними изломанными линиями изображаются мировые линии взаимодействующих заряженных частиц до и после взаимодействия. В соответствии с законами сохранения лептонного и электрического зарядов внешние линии нигде не обрываются. Они выходят из —оо и уходят в Ч-оо. Наклоном линии относительно оси t можно характеризовать величину импульса электрона . Внутренней волнистой линией изображается виртуальный фотон. Сам процесс взаимодействия изображается [c.14]

Самым важным является первый фактор. Если соответствующий узлу процесс не может идти за счет сильных взаимодействий, а обусловлен только электромагнитными или слабыми взаимодействиями, то этот узел возникает с малой вероятностью, т. е. редко. Поэтому наиболее вероятным механизмом любого процесса будет такой, который связан с минимальным числом каких-то элементарных узлов. Классическим примером такой ситуации является взаимодействие электронов и фотонов. Элементарный узел здесь соответствует виртуальному испусканию или поглощению фотона заряженной частицей, как это изображено на рис. 7.9. Вероятность этого процесса невелика, потому что он обусловлен не сильным, а электромагнитным взаимодействием. Малость этой вероятности проявляется в том, что электрону редко удается испустить второй виртуальный фотон до поглощения первого. Например, амплитуда вероятности процесса, изображаемого диаграммой рис. 7.10, примерно в 100 раз меньше амплитуд вероятности процессов, изображенных на рис. 7.9, так что отношение самих вероятностей имеет порядок 10 . Отсюда следует, что повторное испускание виртуального фотона свободным электроном, как правило, происходит примерно так, как это изображено на рис. 7.11. Поэтому, в частности, два электрона при столкновении успеют обменяться только одним фотоном (рис. 7.12). Амплитуда же процесса, соответствующего обмену двумя фотонами (рис. 7.13), будет меньше на два порядка, ибо эта диаграмма имеет два дополнительных узла. Следовательно, с хорошей точностью можно считать, что взаимодействие двух электронов, и вообще электромагнитное взаимодействие двух заряженных частиц, происходит путем переброски одного виртуального фотона. Символически это можно записать путем диаграммного равенства (рис. 7.14). [c.321]

Рис. 7.11. Схематическое изображение временной последовательности испускания и поглощения виртуального фотона электроном.

Близкой к вопросу о вакуумных петлях по духу и методам решения является проблема собственной энергии частиц, происхождение которой таково. За счет узлов рис. 7.9 (а также рис. 7.20 и 7.21) свободный электрон может на короткие промежутки времени и на расстояниях малой протяженности порождать виртуальные фотоны, а через них и дополнительные виртуальные электронно-позитронные пары. С этой точки зрения свободный электрон должен изображаться не одиночной прямой линией, а суммой этой линии и линий с теми же свободными концами, но содержащих временное испускание различных комбинаций виртуальных частиц (рис. 7.25). [c.329]

Проследим, почему рассеяние электрон—нуклон (для определен ности) дает информацию об электромагнитной структуре нуклона. Рассеяние электрон—нуклон с высокой (порядка gl l n 10 ) точностью идет за счет механизма однофотонного обмена, диаграмма которого изображена на рис. 7.61. Электрон испускает (поглощает) виртуальный фотон, который поглощается (испускается) нуклоном. Узел электрон—фотон этой диаграммы является элементарным и точно известен из квантовой электродинамики. А нуклон-фотонный узел уже не элементарен (т. е. описывается не числом, а функцией) [c.387]

Тем самым квантовые числа полученной системы адронов совпадают с квантовыми числами виртуального фотона [c.390]

С резонансами на рис. 7.65 связана группа явлений, получивших собирательное название векторной доминантности. Эти явления можно пояснить так. Каждый резонанс свидетельствует о возможности превращения виртуального фотона в соответствующую этому резонансу частицу. На диаграммном языке это соответствует наличию своеобразных узлов фотон — р-мезон и др., в каждом из которых сходятся только две линии (рис. 7.66). Наличие таких узлов означает, что фотон часть времени проводит в состоянии р-мезона (и других векторных мезонов), а часть времени особенно велика для такого фотона, который виртуален и имеет массу, близкую к массе р-мезона. Непосредственным экспериментальным доказательством превращения р-мезона в у-квант является существование канала распада [c.392]

Увеличивая энергию излучающей частицы, например ускоряя электрон, можно виртуальные фотоны превратить в действительные, свободные, которые могут регистрироваться. Это будет процессом излучения реальных фотонов. [c.79]

Например, взаимодействие между двумя электронами описывается как испускание виртуального фотона одним электроном и поглощение его другим. [c.81]

Диаграмма на рис. 3.2 изображает электромагнитный процесс рождения пары 11 11 при столкновении электрона и позитрона. Левая вершина соответствует аннигиляции е е с образованием (виртуального) фотона, правая вершина — рождение фотоном /х+/х -нары [c.82]

Существенное различие масс тяжелых бозонов и и масс фотонов определяет наблюдаемое различие сечений слабых и электромагнитных процессов, хотя как и так и фотоны являются промежуточными бозонами единого электрослабого взаимодействия. Образование виртуальных фотонов, обусловливающих чисто электромагнитные процессы, пе требует затраты энергии на создание массы покоя фотона, поскольку она равна нулю. На образование же виртуальных и должна быть затрачена, как минимум, энергия, соответствующая их массе покоя (в течение малого времени, определяемого соотношением неопределенностей [c.179]

Следовательно, вокруг центра, керна нуклона (размерами см) имеется система оболочек из нуклон-антинуклонных пар, АГ-мезонов, пар я-мезонов (пионов) и виртуальных фотонов, обусловливающих электромагнитное взаимодействие (рис. 118). [c.367]

В настоящее время считается общепринятым, что все силы природы возникают в результате обмена частицами-переносчика-ми между взаимодействующими частицами. Частицы-перенос-чики могут быть испущены как самими взаимодействующими частицами, так и быть рожденными из кипящего физического вакуума. Время существования виртуальных частиц определяется уже известным соотношением At hjAE. В случае рождения безмассовых частиц — фотонов — одолженная у вакуума энергия может быть очень мала, что означает большое время жизни виртуальных фотонов. При этом виртуальные фотоны могут передавать действие электромагнитных сил на большие расстояния ( At велико), что и наблюдается в действительности. (Эти же представления элементарно объясняют убывание электромагнитных сил по закону R , так как площадь сферы, в которой распространяются фотоны, растет пропорционально а число виртуальных фотонов в ней постоянно.) [c.178]

Вакуум различных частиц играет очень большую роль в современной квантовой теории поля. Благодаря вакууму соответствующих частиц осуществляется взаимодействие частиц друг с другом. Например, электромагнитное взаимодействие по закону Кулона осуществляется с помощью электромагнитного вакуума. Электрические заряды обмениваются виртуальными фотонами, в результате чего возникает сила взаимодействия между зарядами. Обмен виртуальными фотонами сводится к испусканию фотона одним из зарядов и поглощению другим. Таким обра- [c.402]

В отдельных особо благоприятных случаях эта вероятность может оказаться даже в пределах достижимости современной техники эксперимента. Более того, существуют приборы, работающие на макроскопическом пролете виртуальных фотонов. Одним из простейших приборов такого типа является обычный трансформатор. Электроэнергия передается из одной обмотки трансформатора в другую (зазор между обмотками явно макроскопический) потоком виртуальных фотонов с энергией Йш (со — частота переменного тока) и с длинами волн, имеющими порядок размеров зазора. Соответствующий этим волнам импульс на много порядков превышает импульс свободной волны частоты ш, так как длина такой волны при со = 50 Гц имеет-порядок 10 км. Можно, конечно, возразить, что трансформатор — прибор неквантовый. Тогда возьмем чисто квантовое явление — ядерный магнитный резонанс, одна из схем которого приведена и объяснена в гл. И, 5, рис. 2.10. В этой установке уже одиночные виртуальные фотоны, излучаемые высокочастотной катушкой, резонансно поглощаются одиночными ядерными магнитными моментами. Виртуальность этих фотонов видна без всяких расчетов из того, что только при наличии резонирующих ядер из генератора, питающего высокочастотную катушку, интенсивно выкачивается энергия (на этом и оснр- [c.330]

У электрона отсутствует непосредственное взаимодействие с адронами (иначе, например, квантовоэлектродинамический расчет лэм-бовского сдвига давал бы результат, не согласующийся с опытом). В низшем порядке по электромагнитной константе связи взаимодействие электронов (позитронов) с адронами идет через посредство одного виртуального фотона. Поэтому амплитуды всех только что перечисленных процессов а) — в) описываются диаграммами с одной внутренней фотонной линией. [c.387]

В низшем порядке теории возмущений квантовой электродинамики процесс (1) описывается аннигиляцион-Еой Фейнмана диаграммой с виртуальным фотоном у (см. Виртуальные частицы) в промежуточном состоянии (рис., а). Процесс (2) происходит также через виртуальный фотон (рис., б) по совр. представлениям, в этом случае у переходит в пару быстрых кварка q) и анти-иварка (д) (рис., в), к-рые, испуская при взаимодейст-вив с вакуумом кары кварк-аптикварк, превращаются в адроны При высоких энергиях столкновения образующиеся адроны сохраняют направление движения первичных кварка и антикварка, и в конечном состоянии наблюдаются две адронные струи. Сечение таких процессов уменьшается обратно пропорционально квад- [c.85]

В столкновениях антинуклонов с нуклонами с относит. вероятностью 10 могут происходить процессы эл.-магн. А. антикварков антинуклона с кварками нуклона. В результате такой А. дд образуется виртуальный фотон Y, распадающийся на пару леитонов е+е или ц + Процесс рождения лептонных пар в столкновениях адронов описывается в рамках кварк-партонной модели, причём расчёт эл.-магн. А. кварков и антикварков позволяет в рамках этой модели получить согласующееся с наблюдениями описание характеристик лептонных пар с большой энергией (в системе центра инерции), рождающихся в столкновениях адронов. [c.85]

F Fi — структурные функции Г. н. п., или глубоко неупругие формфакторы протона. Ff и Fi связаны с полными сечениями поглощения соответственно по-шеречно (7) и продольно (L) поляризованного виртуального фотона у. [c.498]

Физ. причиной возникновения И. р. является то, что заряж. частица (напр., электрон в К9Д) в процессе рассеяния с необходимостью испускает низкочастотное эл.-магн. излучение. Поэтому сечение чисто упругого процесса, в к-ром не испущено ни одного мягкого кванта, равно нулю. В теории возмущений это обращение в нуль сечепия является следствием экспоиощиирова-ния вкладов, обусловленных обменом мягкими виртуальными фотонами, в амплитуду рассеяния Т(р, р+9) [c.184]

Напр., глубоко неупругий процесс р ссапшш электрона па протоне выглядит в модели П. след, образом. Электрон с 4-импульсом I упруго рассеивается на П. с 4-им-пульсом хр и приобретает 4-импульс I (рис. 1 у — виртуальный фотон). Далее рассеянный П. и пассивный остаток протона превращаются в две адронные струи, одна из к-рых летит в направлении виртуального фотона, а другая — в направлении первичного протона. Т. к. соударение упругое, то массы начального и конечного П. равны, т. е. д - - хр) = х р , где q Г I — переданный партону 4-импульс. Отсюда следует, что рассеивающийся электрон взаимодействует только с П., несущим долю х импульса, равную X = Q /2 pg), где Если fa/p x) — число таких [c.548]

Использование Р. г. в разных областях физики в каждом случае оиираетсн на пару величин типа х и g, для к-рых могут быть сформулированы преобразования функционального подобия. Так, в КЭД (Ниже для простоты в змассовом случае, или, что эквивалентно, в УФ-пределе) такую пару образуют квадрат 4-импуль-са фотона и значение электрич. заряда электрона ((1 ), измеренное виртуальным фотоном с — р , т. е. в точке нормировки р (в статье принята система единиц, в к-рой й = с = 1). Ренормгрупповое преобразование безмассовой КЭД может быть записано в виде [c.339]

При энергиях е, выше 2 ГэВ угл. и энергетич. зависимости характеристик (сечений, поляризаций и др.) фотонных процессов и процессов взаимодействия между адронами схожи дифференц. сечения характеризуются направленностью вперёд, полное сечение о(ур) слабо зависит от энергии (рис. 1), а при е. ,>50 ГэВ медленно возрастает с увеличением энергии, что характерно для полных сечений взаимодействий адронов. Это сходство легло в основу векторной доминантности модели, согласно к-рой фотон взаимодействует с адронами, предварительно перейдя в адронное состояние — векторные мезоны р°, ш, ф и др. (имеющие такие же квантовые числа, как и фотон, за исключением массы). Возможность такого перехода ярко иллюстрируется резонансной зависимостью от энергии сечения процесса е- -е - К + К., обусловленного превращением пары е е в виртуальный фотон, а последнего—в векторный (р-мезон с последующим его распадом на пару К-мезонов (рис. 2). Эксперимент показал удовлетворит, применимость модели векторной доминантности для описания т. н. мягких эл.-магн. явлений, к-рые характеризуются малыми передаваемыми адронной системе импульсами (< 1 ГэВ/с). В простейшем приближении сечение адронного поглохцення фотонов на ядре с числом нуклонов А должно быть равно сумме сечений поглощения фотонов отд. нуклонами сг (у А ) = Аи (ур) [ст (уп) s ст (ур) ] (пунктирная кривая на рис. 3). Наблюдаемая более слабая зависи- [c.541]

Примеры диаграмм Фейнмана приведены на рис. 3.1 и 3.2. На рис. 3.1, а представлено рассеяние электрона на электроне. Прямые линии изображают движение электронов (стрела времени направлена слева направо), волнистая — виртуальный фотон. Точки, соответствующие испусканию и поглощению фотопа, называются вершинами. Линии на диаграммах, один из концов которых свободен (внешние линии), соответствуют свободным частицам, сталкивающимся или вылетающим. [c.82]

Электрон с энергией Е в неунругом столкновении с протоном передает ему (через виртуальный фотон 7 ) импульс д. При этом электрон, энергия которого становится равной Е, отклоняется на угол О, а на протоне, получившем дополнительную энергию, рождаются адроны. [c.133]

Смотреть страницы где упоминается термин Виртуальные фотоны : [c.17] [c.104] [c.274] [c.175] [c.180] [c.180] [c.330] [c.337] [c.389] [c.85] [c.498] [c.498] [c.500] [c.582] [c.42] [c.53] [c.305] [c.314] [c.318] [c.53] [c.232] [c.96] [c.181] [c.398] [c.221]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...