الفوتون الافتراضي

الفوتونات الافتراضية مفهوم أساسي في فيزياء الجسيمات ونظرية الحقل الكمومي ، وتلعب دورًا حاسمًا في وصف التفاعلات بين الجسيمات المشحونة كهربائيًا. يُطلق عليها اسم " افتراضية " لأنها لا توجد كجسيمات حرة بالمعنى التقليدي، بل تعمل كجسيمات وسيطة في تبادل القوة بين الجسيمات الأخرى. وهي المسؤولة عن القوة الكهرومغناطيسية التي تربط المادة، مما يجعلها عنصرًا أساسيًا في فهمنا للعالم الفيزيائي. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

تُعتبر الفوتونات الافتراضية تقلبات في المجال الكهرومغناطيسي ، وتتميز بطاقتها وزخمها واستقطابها . تسمح هذه التقلبات للجسيمات المشحونة كهربائيًا بالتفاعل فيما بينها عن طريق تبادل الفوتونات الافتراضية. يمكن فهم القوة الكهرومغناطيسية بين جسيمين مشحونين على أنها تبادل للفوتونات الافتراضية بينهما. تُخلق هذه الفوتونات وتُفنى باستمرار، ويؤدي تبادلها إلى توليد القوة الكهرومغناطيسية المسؤولة عن التفاعل بين الجسيمات المشحونة. ^{[ 2 ]}

يمكن تصنيف الفوتونات الافتراضية إلى فوتونات افتراضية موجبة وفوتونات افتراضية سالبة. وتستند هذه التصنيفات إلى اتجاه طاقتها وزخمها ومساهمتها في القوة الكهرومغناطيسية. ^{[ 2 ]}

إذا كانت الفوتونات الافتراضية المتبادلة بين الجسيمات تحمل طاقة موجبة، فإنها تُساهم في القوة الكهرومغناطيسية كقوة تنافر. وهذا يعني أن الجسيمين المشحونين يتنافران عن بعضهما البعض، وتدفعهما القوة الكهرومغناطيسية بعيدًا عن بعضهما. من ناحية أخرى، إذا كانت الفوتونات الافتراضية تحمل طاقة سالبة، فإنها تُساهم في القوة الكهرومغناطيسية كقوة تجاذب. وهذا يعني أن الجسيمين المشحونين ينجذبان إلى بعضهما البعض، وتجذبهما القوة الكهرومغناطيسية نحو بعضهما البعض. ^{[ 2 ]}

من المهم ملاحظة أن الفوتونات الافتراضية الموجبة والسالبة ليست جسيمات منفصلة، ​​بل هي طريقة لتصنيف الفوتونات الافتراضية الموجودة في المجال الكهرومغناطيسي. وتستند هذه التصنيفات إلى اتجاه طاقة وزخم الفوتونات الافتراضية ومساهمتها في القوة الكهرومغناطيسية. ^{[ 2 ]}

يمكن أن تمتلك الفوتونات الافتراضية نطاقًا واسعًا من الاستقطابات ، والتي يمكن وصفها بأنها اتجاه المجالين الكهربائي والمغناطيسي اللذين يُكوّنان الفوتون. يتحدد استقطاب الفوتون الافتراضي باتجاه زخمه وتفاعله مع الشحنات التي تُصدره أو تمتصه. يُمكن تشبيه نطاق استقطابات الفوتونات الافتراضية بنطاق ألوان الضوء المرئي، حيث يتوافق كل استقطاب مع اتجاه محدد للمجالين الكهربائي والمغناطيسي.

يُقال إن الفوتونات الافتراضية " خارج الغلاف "، أي أنها لا تخضع للعلاقة المعتادة بين الطاقة والزخم التي تنطبق على الجسيمات الحقيقية. يجب أن تمتلك الفوتونات الحقيقية دائمًا طاقة تساوي سرعة الضوء مضروبة في زخمها، بينما يمكن أن تمتلك الفوتونات الافتراضية أي طاقة تتوافق مع مبدأ عدم اليقين . وهذا ما يسمح للفوتونات الافتراضية بحمل نطاق واسع من الطاقات، حتى وإن لم تكن حقيقية فيزيائيًا.

تُعدّ الفوتونات الافتراضية مسؤولة عن انزياح لامب ، وهو انزياح طفيف في مستويات طاقة ذرات الهيدروجين ناتج عن تفاعل الذرة مع الفوتونات الافتراضية في الفراغ. كما أنها مسؤولة عن تأثير كازيمير ، وهو ظاهرة انجذاب لوحين معدنيين غير مشحونين لبعضهما البعض بسبب وجود فوتونات افتراضية في الفراغ بينهما. وتنشأ قوة التجاذب بين اللوحين من اختلاف كثافة الفوتونات الافتراضية على جانبي كل لوح، مما يُولّد قوة محصلة تجذبهما معًا.