Віртуальні частки, частки, що існують в проміжних, таких, що мають малу тривалість станах, для яких не виконується звичайне співвідношення між енергією, імпульсом і масою. Інші характеристики Ст ч. — електричний заряд, спин, баріонний заряд і т.д. — такі ж, як у відповідних реальних часток.
Поняття Ст ч. і віртуальних процесів займає центральне місце в сучасній квантовій теорії поля . У цій теорії взаємодія часток і їх взаємні перетворення розглядаються як народження або поглинання однією вільною часткою інших (віртуальних) часток. Будь-яка частка безперервно випускає і поглинає Ст ч. різних типів. Наприклад, протон випускає і поглинає віртуальні пі-мезони (поряд з іншими Ст ч.) і завдяки цьому виявляється оточеною хмарою Ст ч., число яких, взагалі кажучи, невизначено.
З точки зору класичної фізики, вільна частка (частка, на яку не діють зовнішні сили, тобто що покоїться або рухома рівномірно і прямолінійно) не може ні породити, ні поглинути іншу частку (наприклад, вільний електрон не може ні випустити, ні поглинути фотон), оскільки в таких процесах порушувався б або закон збереження енергії, або закон збереження імпульсу. Дійсно, електрон, що покоїться, має мінімальну можливу енергію (енергію спокою, рівну, згідно теорії відносності, m 0 с 2 , де m 0 — маса спокою електрона, з — швидкість світла). Тому такий електрон не може випустити фотон, що завжди володіє енергією: при цьому порушувався б закон збереження енергії. Якщо електрон рухається з постійною швидкістю, він також не може (за рахунок своєї кінетичної енергії) породити фотон, оскільки в такому процесі порушувався б закон збереження імпульсу: втрата імпульсу електроном, пов'язана з втратою енергії на народження фотона, була б більшою імпульсу фотона, відповідного його енергії (із-за відмінності мас цих часток). То ж відноситься і до процесу поглинання фотона вільним електроном.
Інша ситуація в квантовій механіці . Згідно з фундаментальним принципом квантової механіки — принципом невизначеності (див. Неопределенностей співвідношення ), в будь-якої частки, що «живе» малий інтервал часу ∆ t , енергія не є точно фіксованою. Розкид можливих значень енергії ∆ E задовольняє нерівності ∆ E ³ ћ /∆ t де ћ — постійна Планка, що ділиться на 2π. Аналогічно, частка, що існує лише в області розміром ∆ x , має розкид імпульсу ∆ р x порядку ∆ p x ³ ћ /∆ x Енергія і імпульс безперервно флуктуїруют, і протягом малих проміжків часу може «тимчасово порушуватися» (у класичному сенсі) закон збереження енергії, а процеси, що протікають усередині малих об'ємів, можуть супроводитися «місцевими порушеннями» закону збереження імпульсу.
Саме унаслідок принципу невизначеності можливе випускання і поглинання вільним електроном віртуального фотона і інші аналогічні процеси; потрібно лише, щоб весь процес випускання і поглинання тривав досить малий час так, щоб пов'язане з ним «порушення» закону збереження енергії укладалося в рамки співвідношення неопределенностей. Закони збереження електричного заряду і деяких інших характеристик мікрочасток (баріонного заряду, лептонного заряду ) при таких віртуальних процесах строго виконуються.
Ці факти можна тлумачити і інакше. Саме, вважати, що енергія зберігається в е р б процесах, що тривають скільки завгодно малий час, незвичайний зв'язок кінетичної енергії частки з її імпульсом і масою, E = р 2 /2m 0 , порушується; при великих швидкостях порушується відповідне релятивістське співвідношення (див. Відносності теорія ), E 2 = з 2 p 2 + з 4 m 2 0 . Обидві точки зору але істоті рівноцінні. Проте при розвитку математичного апарату квантової теорії поля друга точка зору переважно.
Взаємодія звичайних, реальних часток в переважній більшості випадків відбувається шляхом випускання і поглинання (обміну) Ст ч. Енергія і імпульс реальних часток до і після реакції залишаються незмінними, а під час реакції закони збереження цих величин не виконуються. Вся теорія будується так, що будь-яка реакція може бути представлена як результат різних віртуальних процесів, що протікають за малий час реакції.
Окрім обміну Ст ч., у теорії велику роль грає процес утворення Ст ч. при поглинанні однією реальною часткою іншої реальної ж частки. Наприклад, комптон-ефект, тобто процес розсіяння фотона електроном, відбувається головним чином за рахунок наступного механізму: спочатку фотон поглинається електроном з утворенням віртуального електрона, а потім цей віртуальний електрон знову розпадається на реальний електрон і фотон (але що вже мають інші напрями руху і енергії, тобто розсіяні).
Хоча Ст ч. відрізняються від реальних тим, що для них не виконується звичайне співвідношення між енергією і імпульсом (через що вони не можуть бути окремо зареєстровані лічильником елементарних часток або іншими аналогічними пристроями, які завжди є класичними приладами), вважати їх неіснуючими немає достатніх підстав. Фізики відмовилися від класичного безперервного поля Фарадея — Максвелла, як від не відповідного дійсності. Тому, якщо допустити, що поява Ст ч. у теорії є лише наслідок наближених методів розрахунку (існує і така точка зору), то неминучий повернення до теорії взаємодії часток один з одним на відстані без якого-небудь посередника. Але подібні представлення теорії дальнодействія давно знехтувані наукою (див. Взаємодія, Поля фізичні ).
