חלקיק וירטואלי

חלקיק וירטואלי הוא חלקיק שהקשר של תורת היחסות הפרטית בין מסה, תנע ואנרגיה לא מתקיים עבורו למשך זמן קצר. זמן החיים של חלקיק וירטואלי מוכתב על ידי עקרון אי הוודאות. חלקיק וירטואלי קרוי גם "חלקיק שלא על קליפת המסה" (off-mass-shell).

הדוגמה הפשוטה ביותר היא מינהור של חלקיק דרך מחסום פוטנציאל. בתחומי המחסום החלקיק מתקיים כחלקיק וירטואלי. הפתח לקיומם של חלקיקים וירטואליים הוא עקרון אי-הוודאות של הייזנברג, לפיו אי-הוודאות באנרגיה של חלקיק מתכונתית הפוכה ל"זמן המדידה" של החלקיק. לכן עבור זמנים קצרים מספיק אי-הוודאות באנרגיה מספיק גדולה כדי לאפשר מעבר דרך המחסום. "זמן המדידה" בהקשר זה הינו, בקירוב, זמן המעבר דרך מחסום הפוטנציאל. באופן כללי יותר, מחסום הפוטנציאל עבור תהליך וירטואלי כלשהו, הינו הפרש האנרגיה הדרוש כדי להפוך את החלקיק הווירטואלי ל"חלקיק אמיתי" (בתהליך המשמר אנרגיה).

דוגמאות

דוגמאות נוספות לחלקיקים/תהליכים וירטואליים:

• פוטון המוחלף בין שני מטענים חשמליים.
• יצירה של זוג אלקטרון-פוזיטרון וירטואליים מתוך הוואקום, אשר חוזרים ומתמזגים לאחר זמן קצר. תהליך זה מוביל בין היתר לפולריזציה של הוואקום.
• החלפה של פונונים וירטואליים בין אלקטרונים במתכת.