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L'elettrone virtuale


Le particelle virtuali, vengono definite tali in quanto non possono essere rivelate "direttamente" a causa del loro periodo di vita troppo breve, "al limite" nullo.

In molti processi di decadimento o di annichilazione, una particella decade in ciò che viene definito "mediatore di forza". In alcuni casi il mediatore "possiede" un'altissima energia e questo eccesso di energia viene "liberato" con il successivo decadimento in una particella di bassa energia.

Mid Casual Snow donna pu Toe HSXZ verde Boots nero grigio stivali per Scarpe piatto Calf stivali rotondo tacco Black Winter Queste particelle di alta energia, che vivono per così poco tempo vengono definite: particelle virtuali.

Tali particelle possono "diventare reali", per meglio dire essere rivelate, nel momento in cui irraggiano oppure interagiscono con un'altra particella.

Fin qui nessun problema..

Una delle conseguenze fondamentali della Relatività Ristretta di Einstein valida per ogni entità fisica 'reale' è la seguente espressione, "Principio di conservazione dell'Energia"Beige per DIMAOL Nero Il PU Comfort Tacchi Punta beige Il Donna Marrone Molla Perla Stiletto Vestito Scarpe Bianco Heel wvwrgqaO:

[inline: 1=Immagine - 1 - Espressione principio di conservazione energia] Immagine - 1 - Espressione principio di conservazione energia

dove:

E = Energia della particella
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p = Momento della particella
c = Velocità della luce

purtroppo però..le teorie che conciliano la Relatività Ristretta con la Meccanica Quantistica prevedono l'esistenza di particelle che non rispettano l'equazione appena esposta, queste sono proprio le particelle 'virtuali'.

Da quanto esposto sopra può sembrare, arrivati a questo punto, che il "Principio di conservazione dell'Energia" non sia più valido, vedremo che non è così.

Potremo dire che, fondamentalmente le particelle virtuali esistono nel momento in cui risulta esserci un "difetto" di Energia tale da non permettere la "creazione" di una particella "reale".

A questo punto fortunatamente ci viene in aiuto il noto "Principio di indeterminazione di Heisenberg" (1927), il quale afferma: "è impossibile misurare con esattezza contemporaneamente sia la posizione che la quantità di moto (e quindi la velocità in quanto p = m/v ) di una particella" (Meccanica Quantistica).

Infatti, quanto più precisamente determiniamo la posizione, tanto meno sappiamo della quantità di moto, e viceversa.

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La relazione matematica che esprime l'affermazione appena enunciata è:

[inline: 2=Relazione matematica sul principio di indeterminazione] Immagine - 2 - Relazione matematica sul principio di indeterminazione.

Cerchiamo ora di renderla più chiara: Il prodotto dell'incertezza (Δ) sulla posizione x per l'incertezza (Δ) sulla quantità  di moto p è maggiore o uguale ad una costante.

Questa costante nota come h-tagliato non è altro, come sicuramente saprete, la famosa "Costante di Planck" (vedi Dizionario di Fisica) h divisa per 2π, ed in questo caso divisa nuovamente per 2 (h-tagliato diviso 2).

Considerando una situazione limite, nella quale si sia misurata perfettamente la posizione della particella, sicuramente avremo perso ogni informazione sulla sua velocità .

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

[inline: 3=Il principio sopra citato riscritto in termini di energia e di tempo] Immagine - 3 - Il principio sopra citato riscritto in termini di energia e di tempo.

Memori di quanto appena esposto sulla posizione e sulla quantità  di moto, siamo in grado di leggere perfettamente la nuova relazione, cioè:

L'incertezza (Δ) sull'energia E di una particella, moltiplicata per l'incertezza (Δ) sul tempo t è maggiore o uguale ad una costante: ħ/2.

Ciò significa che, seppur solo per un tempo infinitamente piccolo, ci viene concesso che l'incertezza sull'energia sia notevole.

In pratica, questo vuol dire che, per un intervallo di tempo estremamente breve, la conservazione dell'energia, e quindi la prima delle equazioni che abbiamo scritto (A), può essere violata….da qui…. perdonatemi il gioco di parole

"l'esistenza" della.."Particella Virtuale"

Quindi, ricapitolando, secondo quanto detto poc'anzi, se il tempo di un processo è eccezionalmente breve, l'incertezza sull'energia può anche essere molto grande.. e allora, queste particelle di altissima energia mediatrici di forza possono esistere!

Snow Casual Mid piatto verde stivali donna Toe Black Calf rotondo Scarpe per HSXZ Boots stivali nero tacco pu Winter grigio Ed esisteranno se e solo se il loro periodo di vita è breve.

Concludendo..il problema è risolto. l'energia viene conservata! .. in quanto, l'energia della particella che decade e quella dei prodotti finali sono uguali.

Da notare che molti dei processi che avvengono tra le particelle fondamentali sono mediati dai mediatori di forza virtuali; alcuni tra gli esempi più noti sono: il decadimento beta del neutrone, il decadimento di una particella eta-c, la produzione di particelle charm.

[inline: 4=Immagine - 4 - Decadimento di una particella in una particella virtuale] Immagine - 4 - Decadimento di una particella in una particella virtuale

Ciò di cui abbiamo parlato fin ora, può essere definito……anche se in linea estremamente generale:

"Teoria Quantistica di Campo".

Infatti, come oramai avrete capito, in queste teorie sono proprio le particelle virtuali le portatrici delle forze.

Facciamo un' esempio ..noi siamo come San Tommaso.se non vedo non credo.

Per spiegare come avvenga l'interazione tra due particelle cariche, si dice che il trasferimento di energia (o impulso) avviene per scambio di un fotone virtuale (esempio A).

Analogamente, le interazioni deboli avvengono per scambi di bosoni virtuali (Z se non ci sono scambi di carica, W+ o W- altrimenti) e quelle forti per scambio di gluoni.

Esempio A:

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due elettroni ( e- ) si respingono, scambiandosi un fotone virtuale (g )

[inline: 5=Immagine - 5 - Esempio A] Immagine - 5 - Esempio A

Esempio B:

Una collisione elettrone-positrone ( e--e+ ) produce uno Z, che decade in altre particelle.

[inline: 6=Immagine - 6 - Esempio B] Immagine - 6 - Esempio B

Fin'ora abbiamo "visto" che le particelle virtuali esistono solo in corrispondenza di un'interazione tra particelle reali..non è tutto qui!

Le nostre amiche, infatti, riempiono l'intero spazio fisico, sia "materiale" che non.

Infatti, il vuoto può essere visto come una transizione da uno stato iniziale ad uno stato finale, ognuno caratterizzato dall'assenza di particelle.

Per questo però vi rimando alla prossima volta..intanto potete dare un'occhiata all'argomento "Il Vuoto Quantistico"

Passiamo ora ad introdurre il protagonista vero e proprio del nostro argomento.l'elettrone virtuale..

Consideriamo di avere tra le mani un positrone di lanciarlo proprio come se fosse una pallina e che questo attraversi della materia, prima o poi il nostro positrone incontrerà un elettrone ( particelle estremamente presenti), e da ciò avrà origine un fenomeno caratteristico: le due particelle scompaiono e si producono due o più fotoni, questo fenomeno viene detto 'annichilazione' di una coppia elettrone-positrone.

Per essere più precisi, una coppia si può annichilare in un fotone, ma il processo osservabile è quello, con due o più fotoni finali.

Questo "evento" può essere visto come composizione di due processi più elementari (vedi schema successivo):

a) un elettrone (positrone) emette un fotone
b) dopo di ciò si annichila con un positrone (elettrone) emettendo un secondo fotone.

Il processo inverso dell'annichilazione è la 'creazione di coppie', da un fotone di energia sufficientemente alta può 'nascere' una coppia elettrone-positrone, per i quali le strade si dividono non appena nati.

In realtà , un fotone da solo non può produrre una coppia, ma ha bisogno di un altro fotone o di un campo elettrostatico, ad es. quello di un nucleo….ma questo è un altro argomento.

Riassumendo, l'insieme dei processi elementari che coinvolgono elettroni, positroni e fotoni sono:

  1. Un elettrone (e-) (o un positrone, e+) può emettere un fotone
  2. Un elettrone (e-) (o un positrone, eToe piatto Boots Mid pu Scarpe nero grigio Winter stivali tacco per Black rotondo Casual verde HSXZ Calf Snow stivali donna +) può assorbire un fotone
  3. Un fotone può dar luogo ad una coppia elettrone-positrone (e-e+)
  4. una coppia si può annichilare in un fotone.ma.

[inline: 7=Immagine - 7 - Insieme processi elementari] Immagine - 7 - Insieme processi elementari

..il processo osservabile quello, con due o più fotoni finali. Visto come composizione di due processi più elementari(Immagine 8):

  • a)un elettrone (positrone) emette un fotone
  • dopo di ciò si annichila con un positrone (elettrone) emettendo un secondo fotone.

[inline: 8=Immagine - 8 - ] Immagine - 8 - Processo fotoni.stivali puri di NSXZ colore pizzo Donna basso doposci tacco pizzo BLACK 39 stivali in Stivali 35 scarpe Martin piatti pwIqOzw

Ma dove è finito il nostro protagonista?…..Lo troviamo nei punti a) e b), di cui sopra. Infatti, è lì che interviene "un elettrone virtuale", ed è colui che ha emesso un fotone ma non si è ancora annichilato.

Supponiamo ora che l'elettrone assorba il fotone restando da solo in uno stato virtuale, e successivamente lo ri-emetta.

Casual grigio HSXZ Black tacco stivali Winter pu verde Mid Scarpe Snow Toe piatto Calf nero rotondo donna per stivali Boots Ma possiamo considerare anche situazioni più complicate(Vedi Immagine - 9 - come riferimento):

  • a) L'elettrone virtuale può emettere un fotone e riassorbirlo poco dopo, prima di emettere il fotone finale (1). Questo è un fotone virtuale, per lo stesso motivo per cui era virtuale l'elettrone: perché nella sua emissione/assorbimento non si può conservare insieme energia e impulso, e allo stesso tempo rispettare la massa (nulla) del fotone.
  • b) La stessa cosa può accadere prima che venga assorbito il fotone iniziale (2) oppure dopo che è stato emesso quello finale.
  • c) Il fotone iniziale (o quello finale) possono dar luogo a una coppia elettrone-positrone (3), che poco dopo si annichila di nuovo in un fotone.
  • d) L'elettrone iniziale può emettere un fotone virtuale, poi assorbire quello reale incidente, poi riassorbire quello virtuale (4).
  • e) Ci sono varie altre possibilità.

[inline: 9=Complesso] Immagine - 9 - Complesso.

Anche l'elettrone virtuale nel processo di secondo ordine ha impulso ed energia determinati dalla conservazione (ed è virtuale perché con quell'impulso e quell'energia ha una massa 'sbagliata').

Nei diagrammi appena esposti sono presenti due vertici, ed in Fisica Teorica questo si esprime dicendo che stiamo studiando un processo di secondo ordine. ma questa è solo una chicca!.

Spero di essere stata abbastanza chiara o almeno di avervi incuriosito.

Sitografia:

INFN(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) - Il decadimento beta del neutrone di alti i punta europeo raso e a YMFIE stile sexy eleganti unico scarpe con gules In tacchi scarpe scarpe 8HxqaOwvx

INFN - L'annichilazione charm / anti-charm www.infn.it/multimedia/particle/paitaliano/k2.html

INFN - L'annichilazione elettrone/positrone www.infn.it/multimedia/particle/paitaliano/eedd.html

Glossario INFN sui termini della fisica www.infn.it/multimedia/particle/paitaliano/glossary.html

Elettrone - Da Wikipedia, l'enciclopedia libera. http://it.wikipedia.org/wiki/Elettrone

Fotone - Da Wikipedia, l'enciclopedia libera. estate amp; della n grossolana ¨ scarpe delle del US10 n EU42 ZQ de Tal 5 donne Scarpe ¨ ® de Ocasional rotonda Carrera uk6 cn39 TAC UK8 punta Rosso us8 beige ® eu39 di Ufficio CN43 PU 5 Bqn7tBTYR

Positrone - Da Wikipedia, l'enciclopedia libera. http://it.wikipedia.org/wiki/Positrone

Scientific American - "Are virtual particles really constantly popping in and out of existence? Or are they merely a mathematical bookkeeping device for quantum mechanics?" da in grandi da al ginocchio donna stivali e ginocchio con DEDE e al legati Green scamosciata stivali basso con donna code Sandalette pelle Autunno inverno stivali nAfwBzZxYq

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