virtuaalihiukkaset

Virtuaalihiukkaset ovat hetkellisiä hiukkas-antihiukkasparia, jotka näyttävät syntyvän tyhjästä ja katoavan nopeasti tyhjiössä. Ne eivät ole todellisia hiukkasia samassa mielessä kuin esimerkiksi elektronit tai protonit, jotka voidaan havaita suoraan. Sen sijaan virtuaalihiukkaset ovat seurausta kvanttikenttäteorioista, erityisesti kvanttisähködynamiikasta (QED) ja kvanttikromodynamiikasta (QCD).

Näiden teorioiden mukaan tyhjiö ei ole täysin tyhjä, vaan se on täynnä jatkuvasti fluktuaatioita. Nämä fluktuaatiot ilmenevät virtuaalihiukkasparien nopeana syntymisenä ja annihiloitumisena. Virtuaalihiukkaset välittävät vuorovaikutuksia todellisten hiukkasten välillä. Esimerkiksi sähkömagneettinen voima elektronien välillä välittyy virtuaalisten fotonien avulla.

Virtuaalihiukkaset rikkovat energiansäilymislakia hyvin lyhyen ajan, mikä on sallittua Heisenbergin epätarkkuusperiaatteen nojalla. Mitä lyhyempi aika, sitä suurempi voi olla energian poikkeama. Vaikka virtuaalihiukkasia ei voida suoraan havaita, niiden olemassaolosta on vahvoja kokeellisia todisteita. Esimerkiksi Casimirin ilmiö, jossa kaksi lähellä toisiaan olevaa metallilevyä vetävät toisiaan puoleensa tyhjiössä, voidaan selittää virtuaalihiukkasten vaikutuksella. Myös Lambin siirtymä vetyatomissa on seurausta virtuaalihiukkasten vuorovaikutuksesta elektronin kanssa.