Los fotones virtuales son un concepto fundamental en la física de partículas y la teoría cuántica de campos que desempeñan un papel crucial en la descripción de las interacciones entre partículas cargadas eléctricamente. Los fotones virtuales se denominan " virtuales " porque no existen como partículas libres en el sentido tradicional, sino que sirven como partículas intermedias en el intercambio de fuerza entre otras partículas. Son responsables de la fuerza electromagnética que mantiene unida a la materia, lo que los convierte en un componente clave en nuestra comprensión del mundo físico. [1] [2]
Los fotones virtuales se consideran fluctuaciones en el campo electromagnético, caracterizados por su energía, momento y polarización. Estas fluctuaciones permiten que las partículas cargadas eléctricamente interactúen entre sí mediante el intercambio de fotones virtuales. La fuerza electromagnética entre dos partículas cargadas puede entenderse como el intercambio de fotones virtuales entre ellas. Estos fotones se crean y destruyen constantemente, y el intercambio de estos fotones virtuales crea la fuerza electromagnética que es responsable de la interacción entre partículas cargadas. [2]
Los fotones virtuales se pueden clasificar en positivos y negativos. Estas clasificaciones se basan en la dirección de su energía y momento y en su contribución a la fuerza electromagnética. [2]
Si los fotones virtuales intercambiados entre partículas tienen una energía positiva, contribuyen a la fuerza electromagnética como fuerza repulsiva. Esto significa que las dos partículas cargadas se repelen entre sí y la fuerza electromagnética las aleja. Por otro lado, si los fotones virtuales tienen una energía negativa, contribuyen a la fuerza electromagnética como fuerza atractiva. Esto significa que las dos partículas cargadas se atraen entre sí y la fuerza electromagnética las atrae una hacia la otra. [2]
Es importante señalar que los fotones virtuales positivos y negativos no son partículas separadas, sino más bien una forma de clasificar los fotones virtuales que existen en el campo electromagnético. Estas clasificaciones se basan en la dirección de la energía y el momento de los fotones virtuales y su contribución a la fuerza electromagnética. [2]
Los fotones virtuales pueden tener un rango de polarizaciones , que se puede describir como la orientación de los campos eléctricos y magnéticos que forman el fotón. La polarización de un fotón virtual está determinada por la dirección de su momento y su interacción con las cargas que lo emiten o absorben. El rango de polarizaciones de los fotones virtuales se puede comparar con el rango de colores de la luz visible, donde cada polarización corresponde a una orientación específica de los campos eléctricos y magnéticos.
Se dice que los fotones virtuales están " fuera de capa ", lo que significa que no obedecen a la relación habitual entre energía y momento que se aplica a las partículas reales. Los fotones reales siempre deben tener una energía igual a la velocidad de la luz multiplicada por su momento, pero los fotones virtuales pueden tener cualquier energía que sea consistente con el principio de incertidumbre. Esto permite que los fotones virtuales tengan una amplia gama de energías, incluso si no son físicamente reales.
Los fotones virtuales son responsables del desplazamiento Lamb , que es un pequeño desplazamiento en los niveles de energía de los átomos de hidrógeno causado por la interacción del átomo con fotones virtuales en el vacío.
También son responsables del efecto Casimir , que es el fenómeno en el que dos placas metálicas sin carga se atraen entre sí debido a la presencia de fotones virtuales en el vacío entre ellas. La fuerza de atracción entre las placas es causada por una diferencia en la densidad de fotones virtuales a cada lado de las placas, lo que crea una fuerza neta que las atrae.