particules virtuelles
Dans toute réaction, en physique des particules (mais aussi en général), il y a conservation de l’énergie (et de l’impulsion) entre l’état de départ et celui d’arrivée.
Prenons l’exemple de la désintégration d’un muon:
Pour les deux processus élémentaires en lesquels on peut décomposer la réaction (représentés par les ellipses bleue et jaune), un W contribue pour transmettre l’interaction faible: μ– → νμ W– et W– → anti-νe e–. La masse du W (on parle dans ce cas de transfert) va s’ajuster de manière à ce que la conservation de l’énergie et de l’impulsion entre la particule initiale et les trois particules finales soit assurée.
On dit que le W est virtuel. Il sert d’intermédiaire dans la réaction et n’apparait pas en tant que tel dans l’état final.
Il en est de même, par exemple, du photon qui transmet l’interaction électromagnétique. Le carré de la « masse » d’un photon virtuel peut-être positif ou négatif alors qu’un photon « réel » a une masse nulle.
Collision entre un électron et un positron, chacun d’énergie E, qui conduit à la production d’un quark et de son antiquark. Le carré de la masse du photon virtuel est égale à 4E2.
Collision entre un électron d’énergie E et un quark contenu dans un proton. L’électron est diffusé suivant un direction faisant un angle Θ par rapport à la direction initiale et perd une partie de son énergie qui devient E’. Dans ce cas, le carré de la masse du photon est négatif et vaut -2 E E’ (1-cos(Θ)).