OK, WTF são ‘partículas virtuais’ e elas realmente existem?

Como partículas comuns, as partículas virtuais surgem incessantemente no trabalho dos físicos, em suas teorias, artigos e palestras. Mas, como o nome sugere, eles são muito mais estranhos do que as partículas comuns, que já são notoriamente estranhas. As partículas são os principais representantes do mundo pequeno, o mundo quântico. Se você escalar tudo para que uma partícula tenha o tamanho de um grão de areia, você terá a altura da distância da Terra ao Sol.

Os físicos sabem por experiência que as partículas estão, sem dúvida, lá, além da vista. Partículas virtuais são muito mais evasivas, a ponto de os não-crentes dizerem que elas existem apenas em fórmulas matemáticas abstratas. O que significa mesmo que as partículas virtuais sejam reais?

Jaeger é um físico que virou filósofo, que publicou importantes resultados quantitativos no início de sua carreira, antes de passar os últimos dez anos focado na filosofia e na interpretação da física. Ele chegou às partículas virtuais como apenas a última parada em uma longa jornada de dar sentido ao mundo quântico.

Existem duas narrativas distintas para partículas virtuais, e Jaeger concorda com o que os filósofos chamam de posição realista. Os crentes ou realistas argumentam que as partículas virtuais são entidades reais que existem definitivamente.

Como explica Jaeger, existem pelo menos quatro diferentes teorias matemáticas abrangentes do mundo quântico. O mais básico deles é chamado de mecânica quântica. As partículas virtuais se originam de um aparato matemático mais avançado conhecido como teoria quântica de campo (QFT). Se a mecânica quântica é como o livro infantil Clifford, o Big Red Dog , então QFT é o Necronomicon, vinculado à pele - muito mais misterioso e complexo.

Os físicos usam a mecânica quântica para explicar os fenômenos quânticos mais fundamentais, como a onda simultânea e a natureza das partículas da luz. Por outro lado, o QFT é usado para prever os resultados de experimentos extremos em locais como o Large Hadron Collider (LHC). Em outras palavras, o QFT faz o trabalho pesado.

O LHC é famoso por seus experimentos de espalhamento, onde duas ou mais partículas colidem e se espalham. Durante a colisão, partículas antigas são destruídas e novas são criadas. Os físicos realizam colisões repetidamente em circunstâncias altamente controladas e tentam prever quais partículas saem e como. Relembrando a metáfora de uma reunião de família, experimentos de dispersão contam a história de como é provável que sua irmã saia do aperto de mão, e não algum outro parente - uma possibilidade estranha, mas distinta.

Em QFT, a probabilidade de qual partícula sai é decidida por uma equação complicada. Os físicos resolvem isso com um truque inteligente. Eles escrevem a solução como uma soma de termos muito mais simples (somas), que é então elevada ao quadrado. Tecnicamente, a soma contém infinitos termos, mas para muitos cenários apenas os primeiros termos são importantes. Cada um dos termos da soma contém quantidades físicas relacionadas às partículas que entram e saem, como seu momento, massa e carga, todas as quais podem ser observadas diretamente. No entanto, cada termo também pode conter quantidades físicas (como massa ou carga) que correspondem a partículas totalmente diferentes, que nunca são observadas. São o que chamamos de partículas virtuais.

Oliver Passon é um dos físicos-filósofos que se opõe à noção de que as partículas virtuais são reais. Ele obteve seu Ph.D. em física de partículas e é um físico altamente experiente, mas agora se concentra em pesquisa em educação na Universidade de Wuppertal em North Rhine-Westphalia, Alemanha. Ele estuda como a física de partículas deve ser ensinada a alunos do ensino médio, para os quais se tornou parte do currículo padrão.

As partículas virtuais são uma bagunça, resumiu Passon para a placa-mãe.

Para Passon, a visão realista surge de uma interpretação desleixada da matemática e levou os físicos a cometer outros erros interpretativos, por exemplo, ao explicar a descoberta do bóson de Higgs no LHC. Ele escreveu sobre suas opiniões em um papel ano passado.

O experimento das duas fendas parece mostrar que os termos matemáticos individuais por si só não têm realismo, e apenas sua superposição (soma e quadratura) tem significado. Assim, na visão de Passon, as partículas virtuais que aparecem em termos QFT individuais não devem ser consideradas reais. Esse argumento contra as partículas virtuais é conhecido pelos filósofos como o argumento da superposição e pode parecer forte.

Mas Jaeger acha que o argumento vai além do ponto. Ironicamente, ele vê essa crítica presa nas próprias abstrações matemáticas. Ele concorda que os termos individuais não podem contar toda a história, 'mas isso não significa que a partícula não atravessou o espaço, disse ele.