[{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BlogPosting","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki42\/2022\/01\/04\/virtuelles-teilchen-wikipedia\/#BlogPosting","mainEntityOfPage":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki42\/2022\/01\/04\/virtuelles-teilchen-wikipedia\/","headline":"Virtuelles Teilchen \u2013 Wikipedia","name":"Virtuelles Teilchen \u2013 Wikipedia","description":"Feynman-Diagramm der Coulomb-Streuung zweier Elektronen. Die vier geraden Linien symbolisieren die einlaufenden bzw. auslaufenden Elektronen in reellen Zust\u00e4nden, die Wellenlinie","datePublished":"2022-01-04","dateModified":"2022-01-04","author":{"@type":"Person","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki42\/author\/lordneo\/#Person","name":"lordneo","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki42\/author\/lordneo\/","image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","url":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","height":96,"width":96}},"publisher":{"@type":"Organization","name":"Enzyklop\u00e4die","logo":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","width":600,"height":60}},"image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/7\/78\/Feynmandiagramm.png\/250px-Feynmandiagramm.png","url":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/7\/78\/Feynmandiagramm.png\/250px-Feynmandiagramm.png","height":"191","width":"250"},"url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki42\/2022\/01\/04\/virtuelles-teilchen-wikipedia\/","wordCount":2868,"articleBody":"  Feynman-Diagramm der Coulomb-Streuung zweier Elektronen. Die vier geraden Linien symbolisieren die einlaufenden bzw. auslaufenden Elektronen in reellen Zust\u00e4nden, die Wellenlinie das virtuelle Photon, das die elektromagnetische Wechselwirkung vermittelt. (Die Zeit l\u00e4uft von unten nach oben.)Ein virtuelles Teilchen, intermedi\u00e4res Teilchen oder Teilchen in einem virtuellen Zustand ist ein Konzept aus der Quantenfeldtheorie, wo es zur theoretischen Beschreibung der fundamentalen Wechselwirkungen der Elementarteilchen ben\u00f6tigt wird. Man kann sich den virtuellen Zustand eines Teilchens als einen kurzlebigen Zwischenzustand vorstellen, der w\u00e4hrend einer Wechselwirkung zweier Teilchen auftritt, die sich in  \u201enormalen\u201c, also reellen Zust\u00e4nden befinden. Das virtuelle Teilchen stellt als Austauschteilchen diese Wechselwirkung eigentlich erst her, ist im virtuellen Zustand nach au\u00dfen aber niemals sichtbar. So wird z.\u00a0B. in der Quantenelektrodynamik die elektromagnetische Wechselwirkung zweier Elektronen durch den Austausch eines virtuellen Photons vermittelt. Der Nachweis ist indirekt: Die mithilfe dieses Konzepts berechneten Werte werden im Experiment mit einer Genauigkeit von bis zu 1\u00a0: 10 Mrd. best\u00e4tigt. Prinzipiell kann jedes Teilchen reelle Zust\u00e4nde und virtuelle Zust\u00e4nde annehmen.Virtuelle Teilchen treten bei jeder der drei Arten von Wechselwirkung auf, die durch die Quantenfeldtheorie beschrieben werden k\u00f6nnen. Virtuelle Teilchen sind Bestandteile der Feynman-Diagramme, die in einer quantenfeldtheoretischen St\u00f6rungsrechnung jeweils einen bestimmten Term wiedergeben. Ein Feynman-Diagramm besteht aus verschiedenen Linien, die sich an Knotenpunkten, den Vertices, treffen. Man unterscheidet die \u00e4u\u00dferen Linien (solche, die ein freies Ende haben) f\u00fcr ein- bzw. auslaufende Teilchen in einem reellen Zustand, und die inneren Linien (solche, die zwei Vertices verbinden) f\u00fcr virtuelle Teilchen. Im Kontext der Vakuumfluktuationen werden auch Feynman-Diagramme ohne \u00e4u\u00dfere Linien betrachtet, in denen also Teilchen aus dem Vakuum entstehen und wieder zerfallen und so zur Vakuumenergie beitragen. Hier treten ausschlie\u00dflich virtuelle Teilchen auf.Der wesentliche Unterschied zwischen den (real beobachtbaren) reellen Teilchen und den unbeobachtbaren virtuellen Teilchen ist, dass Energie E{displaystyle E} und Impuls p{displaystyle p} im virtuellen Zustand nicht die Energie-Impuls-Beziehung E2\u2212p2c2=m2c4{displaystyle E^{2}-p^{2}c^{2}=m^{2}c^{4}} erf\u00fcllen, wenn m{displaystyle m} die wohlbestimmte Masse desselben Teilchens in reellem Zustand ist. Man kann daher sagen, dass virtuelle Teilchen keine definierte Masse besitzen, im Fachjargon: \u201esie sind nicht auf die Massenschale limitiert\u201c (oder sie sind nicht \u201eon-shell\u201c). Beispielsweise \u00fcbertr\u00e4gt das virtuelle Photon bei der elastischen Streuung zweier Elektronen, im Schwerpunktsystem betrachtet, nur Impuls, aber keine Energie.Diese Eigenschaft kann helfen, sich das Verhalten eines virtuellen Teilchens zu veranschaulichen: Da Energie- und Impulserhaltungssatz auch f\u00fcr ein virtuelles Teilchen nicht verletzt sind, kommen diesem Werte f\u00fcr Energie  E{displaystyle E} und Impuls p{displaystyle p} zu, die f\u00fcr einen reellen Zustand gem\u00e4\u00df der Energie-Impuls-Beziehung verboten sind. Die h\u00e4ufig zu lesende Begr\u00fcndung, dass gem\u00e4\u00df der Energie-Zeit-Unsch\u00e4rferelation die Energieerhaltung kurzzeitig verletzt sein darf, ist eher irref\u00fchrend. Die Strecke, die das Teilchen in dieser Zeit mit Lichtgeschwindigkeit zur\u00fccklegen k\u00f6nnte, begrenzt den denkbaren Radius irgendwelcher Wirkungen. Bei niederenergetischen Vorg\u00e4ngen ist die Reichweite gerade die Compton-Wellenl\u00e4nge des betreffenden Teilchens. So wird die endliche Reichweite der Kernkr\u00e4fte oder der Schwachen Wechselwirkung in etwa verst\u00e4ndlich. Demnach ist z.\u00a0B. der radioaktive Beta-Zerfall deshalb m\u00f6glich, weil das betreffende Austauschteilchen (das W-Boson) als virtuelles Teilchen auch ohne Energiezufuhr entstehen kann. Aufgrund seiner gro\u00dfen Masse kann es sich aber nur im Bereich eines tausendstel Protonenradius auswirken, was die vergleichsweise geringe \u00dcbergangswahrscheinlichkeit erkl\u00e4rt und damit der Wechselwirkung das Beiwort \u201eschwach\u201c eingetragen hat. In derselben Weise ist es auch m\u00f6glich, dass Hinweise auf die Existenz sehr schwerer Teilchen bereits beobachtet werden, bevor die in Teilchenbeschleunigern erreichte Kollisionsenergie ausreicht, sie auch in reellem Zustand zu produzieren.Formal lassen sich virtuelle Zust\u00e4nde daran erkennen, dass in der St\u00f6rungstheorie \u00fcber sie summiert wird. Die Anfangs- und Endzust\u00e4nde der St\u00f6rungstheorie dagegen werden als die reellen Zust\u00e4nde bezeichnet. Als Beispiel betrachte man die zweite Ordnung der quantenmechanischen St\u00f6rungsentwicklung:En2=\u2211k(\u2260n)\u27e8n0|H1|k0\u27e9\u27e8k0|H1|n0\u27e9En0\u2212Ek0=\u2211k(\u2260n)|\u27e8k0|H1|n0\u27e9|2En0\u2212Ek0.{displaystyle E_{n}^{2}=sum _{k(neq n)}{frac {langle n^{0}|H_{1}|k^{0}rangle langle k^{0}|H_{1}|n^{0}rangle }{E_{n}^{0}-E_{k}^{0}}}=sum _{k(neq n)}{frac {|langle k^{0}|H_{1}|n^{0}rangle |^{2}}{E_{n}^{0}-E_{k}^{0}}},.}Hier w\u00e4re |n0\u27e9{displaystyle |n^{0}rangle } ein reeller Zustand, die Zust\u00e4nde |k0\u27e9{displaystyle |k^{0}rangle } dagegen werden als virtuelle Zust\u00e4nde benutzt.\u201eVirtuelle Teilchen sind spontane Fluktuationen eines Quantenfeldes. Reale Teilchen sind Anregungen eines Quantenfeldes mit einer f\u00fcr Beobachtung brauchbaren Best\u00e4ndigkeit. Virtuelle Teilchen sind Transienten, die in unseren Gleichungen erscheinen, nicht aber in Messger\u00e4ten. Durch Energiezufuhr k\u00f6nnen spontane Fluktuationen \u00fcber einen Schwellwert verst\u00e4rkt werden, was bewirkt, dass (eigentlich sonst) virtuelle Teilchen zu realen Teilchen werden.\u201c\u2013 Frank Wilczek: The lightness of being: mass, ether, and the unification of forces[1]\u2191 Frank Wilczek: The lightness of being: mass, ether, and the unification of forces. Basic books, New York 2008, ISBN 978-0-465-00321-1, Glossary, S.\u00a0241.\u00a0B. Povh, K. Rith, Chr. Scholz, F. Zetsche: Teilchen und Kerne: eine Einf\u00fchrung in die physikalischen Konzepte. 8. Auflage. Springer, Berlin 2009, ISBN 978-3-540-68075-8 (eingeschr\u00e4nkte Vorschau in der Google-Buchsuche).\u00a0H. Frauenfelder, E.M. Henley: Teilchen und Kerne. 4. Auflage. Oldenbourg, M\u00fcnchen 1999, ISBN 3-486-24417-5, S.\u00a098\u00a0ff.,\u00a0318.\u00a0W. Demtr\u00f6der: Experimentalphysik 4. 1. Auflage. Springer, Berlin 1998, ISBN 3-540-57097-7, S.\u00a0109\u00a0ff.\u00a0J. Bleck-Neuhaus: Elementare Teilchen. 2. Auflage. Springer, Berlin 2013, ISBN 978-3-642-32578-6, S.\u00a0482\u00a0ff., doi:10.1007\/978-3-642-32579-3 (eingeschr\u00e4nkte Vorschau in der Google-Buchsuche).\u00a0"},{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BreadcrumbList","itemListElement":[{"@type":"ListItem","position":1,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki42\/#breadcrumbitem","name":"Enzyklop\u00e4die"}},{"@type":"ListItem","position":2,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki42\/2022\/01\/04\/virtuelles-teilchen-wikipedia\/#breadcrumbitem","name":"Virtuelles Teilchen \u2013 Wikipedia"}}]}]