Frage von KristinaB94, 53

Ableitung aus der Energie-Zeit-Unschärferelation?

Hallo.

Kann mir jemand bitte erklären wie man aus der Energie-Zeit-Unschärferelation eine Gleichung für die Lebensdauer einer virtuellen Masse ableitet und für die Lebensdauer eines virtuellen Photonpaares?

Ich bin für jede Hilfe sehr dankbar!

Antwort
von Reggid, 27

den term "virtuelle masse" kenne ich nicht, habe ich gegoogelt und gefunden einmal im zusammenhang mit strömungslehre und einmal in der elektronik. in beiden fällen sehe ich beim besten willen keinen zusammenhang mit der energie-zeit-unschärfe. das müsstest du schon nochmal näher erklären was du hier eigentlich wissen willst.

man kann die lebendsdauer von instabilen teilchen berechnen/messen. aber virtuelle photonen sind KEINE teilchen. es wird zwar immer und immer wieder in populärwissenschaftlicher literatur so getan, aber das macht es auch nicht richtiger. nachdem hier keine teilchenpaare aus dem nichts herausspringen und wieder verschwinden, gibt es auch nichts von dem man die lebensdauer berechnen könnten. 

"virtuelle teilchen" ist ein begriff aus der sog. störungstheorie, eine oft (aber bei weitem nicht immer) angewandte näherungsmethode um prozesse in der teilchenphysik zu berechnen. nur bezeichnen sie aber keine "teilchen" (sondern nur bestimmte immer wieder auftretende terme und integrale in den gleichungen), daher ist der name natürlich denkbar unglücklich.

Kommentar von WeicheBirne ,

Virtuelle Teilchen sind nicht nur irgendwelche mathematischen Tricks. Vor ein paar Jahren kam ein Nature Paper raus, daß beschrieb wie sich aus den virtuellen Photonen, die im Vakuum vorhanden sind, echte machen lassen.

Die arXiv Version des Papers kannst Du hier lesen:

http://arxiv.org/abs/1105.4714

Kommentar von Reggid ,

"In fact, quantum theory predicts that it teems with virtual particles flitting in and out of existence."

der satz ist halt einfach falsch. auch wenns die herren und damen in ihrem abstract schreiben. 

natürlich sind effekte wie lamb-shift real, und natürlich kann man sie störungstheoretisch berechnen. aber das macht "virtuelle teilchen" nicht real. wenn man andere rechenmethoden verwendet, zum beispiel gitter-simulationen, dann kann man auch korrekte resultate erzielen, und dabei kommen überhaupt nirgends "virtuelle teilchen" vor. wenn das auftreten von etwas davon abhängt, welche näherungsmethode ich zum rechnen verwende, dann ist es sicher nicht real. wenn bis heute niemand störungstheorie erfunden hätte und wir uns einfach auf andere rechenverfahren stützen müssten, dann würden "virtuelle teilchen" nicht existieren und die physik wäre trotzdem dieselbe.

auch können "virtuelle photonen" mal transversale polarisationsfreiheitsgrade haben und mal nicht, hängt von der für die rechnung gewählten eichung ab und macht im (physikalischen) resultat keinen unterschied. auch daran sieht man dass es sich um nichts reales handelt. etwas das von der gewählten eichung abhängt kann nicht physikalisch sein.

das alles ist ja nicht meine privat meinung, sondern sollte auch in jedem guten buch über quantenfeldtheorie so vermittelt werden. im Weinberg z.B. stolpert man überhaupt nicht über den begriff "virtuelle teilchen", obwohl störungstheorie ausführlich behandelt wird.

es wird in der tat viel von "virtuellen teilchen" gesprochen, auch von professionellen pyhsikern, und es macht auch sinn. da störungstheorie in vielen bereichen unsere beste methode ist und feynmandiagramme und die darin vorkommenden "virtuellen teilchen" oft ein einigermaßen intuitives verständnis ermöglichen. daher kommt es oft vor und ist auch nichts schlimmes wenn gesagt wird "dieses virtuelle photon zefällt in weiterer folge in .....", obwohl es eben strenggenommen physikalisch falsch ist. wichtig dabei ist nur dass die beteiligten, der sprecher und die zuhörer, alle wissen was "virtuelle teilchen" sind und was nicht.

ein sehr ausführlicher text dazu ist hier (und auch in den links darin weiterführend): 

https://www.physicsforums.com/insights/physics-virtual-particles/

Antwort
von WeicheBirne, 18

Energie und Zeitunschärfe hängen folgendermaßen zusammen

ΔE Δt >= h/(2 π)

ΔE = Energieunschärfe

Δt = Zeitunschärfe

h = Planckkonstante

Für ein virtuelles Photon ist ΔE die Energie, die es besitzt und Δt die Lebensdauer.

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