חלקיקים וירטואליים הם אכן חלקיקים ממשיים. תורת הקוונטים מנבאת שכל חלקיק מבלה זמן מסוים כקומבינציה של חלקיקים אחרים בכל הדרכים האפשרויות. ניבויים אלו מובנים היטב ואומתו ניסויית.

מכניקת הקוונטים מאפשרת, ודורשת, הפרה זמנית של שימור האנרגיה, כך שחלקיק אחד הופך לזוג של חלקיקים כבדים יותר (מה שנקרא חלקיקים וירטואליים), אשר במהירות מתאחדים לחלקיק המקורי כאילו הם לא היו קיימים כלל. אם זה כל מה שהיה קורה, היינו בטוחים שמדובר באפקט ממשי משום שזו תכונה של העולם הקוונטי היחסותי שאושש אינספור פעמיים בניסויים שונים.

בעוד חלקיקים וירטואליים מופיעים רק לקצרה בעולמנו, הם יכולים לבצע אינטראקציה עם חלקיקים אחרים וזה דבר שמוביל למספר של בדיקות בכל הקשור לחיזויים קוונטיים על חלקיקים וירטואליים. החיזוי הראשון הובן בסוף שנת 1940. באטום מימן, אלקטרון ופרוטון 'קשורים' יחדיו על ידי פוטונים (הקוונטה של השדה האלקטרומגנטי). כל פוטון יבלה זמן מסויים כאלקטרון פלוס אנטי-אלקטרון (הפוזיטרון הוירטואלי). לאטום המימן יש 2 רמות אנרגיה אשר בו זמנית נראות כבעלות אותה אנרגיה. אבל כאשר האטום הוא באחד מרמות אלו הוא נמצא באינטראקציה שונה עם האלקטרון והפוזיטרון הוירטואליים כאשר הוא ברמה האחרת, על כן האנרגיות שלהם מוסטת מעט בשל אינטרקציות אלו. היסט זה נמדד היטב ע"י למב (Lamb).

קווארקים הם חלקיקים אלמנטריים בדומה לאלקטרונים, אך שונים בכך שהם בנוסף מבצעים אינטראקציה עם הכח החזק. 2 הקווארקים הקלים, 'למעלה' ו'למטה', קשורים יחדיו ליצור פרוטון וניוטרון. הקווארק ה'עליון' הוא הכבד מבין 6 הקווארקים. המודל הסטנדרטי מנבא את מסת בוזון Z שהוא החלקיק שמתווך את הכח החלש הניטרלי, אבל הערכים שנמדדים הם שונים במקצת. הבדל קטן שכזה יכול להיות מוסבר ע"י כך שחלקיק ה Z מבלה כקאוורק 'עליון' וירטואלי אם לחלקיק 'עליון' שכזה יש מסה מסויימת. כאשר מסת הקווארק ה'עליון' אכן נמדדה ישירות, הערך תאם לזה שהתקבל מניתוח של חלקיק וירטואלי, דבר שהראה בצורה דרמטית מבחן להבנתנו על חלקיקים וירטואליים.

יש גם להזכיר את אפקט קזימיר, כשכוחות בין 2 לוחות מתכת במרחב ריק משתנים בעקבות קיומם של חלקיקים וירטואליים.
על כן, חלקיקים וירטואליים הם אכן ממשיים ויש להם אפקטים הניתנים לתצפית והם אינם רק כלי עזר מתמטי לחישוב תהליכים קוונטייים.

מאת: חיים ברק
המחלקה לפיזיקה של חלקיקים ואסטרופיזיקה
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.