חלקיק וירטואלי

חלקיק וירטואלי (או: חלקיק מדומה) 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 האי-ודאות. 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 האי-ודאות של הייזנברג, לפיו האי-ודאות באנרגיה של חלקיק מתכונתית הפוכה ל"זמן המדידה" של החלקיק. לכן עבור זמנים קצרים מספיק האי-ודאות באנרגיה מספיק גדולה כדי לאפשר מעבר דרך המחסום. "זמן המדידה" בהקשר זה הוא, בקירוב, זמן המעבר דרך מחסום הפוטנציאל. באופן כללי יותר, מחסום הפוטנציאל עבור תהליך וירטואלי כלשהו, הוא 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 לקיטוב של הריק.
• החלפה של פונונים וירטואליים בין אלקטרונים במתכת.
• היישום הביוטכנולוגי FRET עובד על פי עיקרון זה, שם החלקיק הווירטואלי בחלק מהזמן הוא פוטון.