Cząstki wirtualne to matematyczna koncepcja w kwantowych teoriach pola - cząstki fizyczne manifestujące swoją obecność poprzez oddziaływania, jednak łamiące zasadę powłoki masy. Wbrew powszechnym przekonaniom, cząstki wirtualne nie naruszają żadnych zasad zachowania.W próżni wcale nie musi być tak całkiem pusto. Okazuje się, że powstają tam i znikają cząstki. A dzieje się tak dlatego, że cząstki na bardzo, bardzo krótką chwilę mogą łamać zasadę zachowania energii - odpowiada fizyk prof. Grzegorz Wrochna.
Podczas Pikniku Naukowego przez cały dzień zbieraliśmy od zwiedzających pytania do naukowców. Część z tych pytań zadajemy teraz badaczom.
Z pytaniem "dlaczego cząstki powstają i znikają w próżni?" zwróciliśmy się do fizyka cząstek elementarnych prof. Grzegorza Wrochny z Narodowego Centrum Badań Jądrowych.
Wydawałoby się, że próżnia to pustka, a więc przestrzeń, w której cząstek zupełnie nie ma. Okazuje się jednak, że nawet jeśli cząstek materii się pozbędziemy, nie będzie tam tak całkiem pusto. Prof. Wrochna opowiada: "
Rzeczywiście w próżni cząstki powstają i znikają. Ale dzieje się to tylko na bardzo, bardzo, bardzo krótki czas. Dlatego te cząstki nazywamy cząstkami wirtualnymi. W odróżnieniu od cząstek rzeczywistych".
"Fizycy próżnią nazywają najniższy stan energetyczny" - wyjaśnia fizyk. Taka definicja nie jest do końca jasna, jeśli nie zrozumiemy, czym są dla fizyków cząstki.
"Najważniejszą cechą cząstki jest to, że jest to porcja energii, nazywana kwantem".
"A ponieważ energia w przyrodzie musi być zachowana, to cząstki - porcje energii - nie mogą powstawać z niczego. Nie mogą też znikać tak, że nic po nich nie zostaje" - opowiada badacz.
I dodaje, że na straży tej reguły stoi zasada zachowania energii. Ta zasada to jednak - trzeba przyznać - strażnik dosyć pobłażliwy, który jest w stanie przymknąć oko na drobne nieprawidłowości, o ile trwają one bardzo, bardzo krótko. "Reguła Pauliego mówi, że im bardziej chcemy złamać zasadę energii - im większą energię chcemy `pożyczyć` - tym krótszy jest czas, na jaki możemy to zrobić. Dlatego właśnie pary cząstka-anytcząstka mogą powstać, ale na bardzo, bardzo krótki czas" - mówi.
Porównuje, że cząstki te "pożyczają" energię, czy też łamią zasadę zachowania energii, ale za chwilę - anihilując - tę "pożyczoną" energię oddają. W ten sposób w ogólnym rozrachunku przyroda wychodzi na zero.
"Ciekawie jest pójść o krok dalej i zastanowić się, jak mógł powstać Wszechświat. Bo być może cały Wszechświat jest taką kwantową fluktuacją? Być może suma energii wszystkich cząstek Wszechświata jest zerowa? Być może wszystko, co jest wokół nas powstało dzięki takiej `pożyczce`" - zastanawia się prof. Wrochna. I dodaje, że zanim jednak Wszechświat zniknął, zdążył już bardzo się rozwinąć i wzbogacić. "
Ale to są dziś bardziej spekulacje niż teorie" - uśmiecha się fizyk.
I dodaje:
"Żeby stworzyć teorię, która by wyjaśniała, czy wszechświat jest kwantową fluktuacją, musielibyśmy połączyć w całość teorię grawitacji z mechaniką kwantową. A takiej teorii nie dość, że nie mamy, to nie widać jej na horyzoncie". Dlatego prof. Wrochna namawia młodych ludzi, by próbowali rozwikłać tę zagwozdkę. "Do zrobienia jest naprawdę sporo" - kończy.
Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl Ludwika Tomala
Przeczytaj więcej: 
