Partículas virtuais são um dos maiores quebra-cabeças da física moderna.
Essas partículas virtuais são objetos matemáticos usados na teoria quântica de campos, a estrutura que descreve como as partículas e forças se comportam nas menores escalas.
Partículas virtuais são essenciais para descrever três das quatro forças fundamentais da natureza.
Ao contrário das partículas virtuais, as partículas reais podem ser detectadas através de instrumentos científicos.
Mesmo assim, a linha entre partículas reais e virtuais não é tão clara quanto pode parecer.
Como esses cálculos correspondem tão intimamente aos experimentos, as partículas virtuais se tornaram uma das ideias mais testadas na física moderna.
Para entender por que as partículas virtuais são tão úteis, é útil observar como os físicos calculam as forças.
Esta abordagem também ajuda a responder a uma questão de longa data na física: como podem as forças agir através do que parece ser um espaço vazio?
Uma razão pela qual o método é tão amplamente utilizado é que os cálculos podem ser desenhados como diagramas de Feynman, ferramentas gráficas desenvolvidas por Richard Feynman que representam interações de partículas usando linhas e pontos simples.
A precisão desta abordagem fica clara em experimentos envolvendo átomos.
Como professor de física e astronomia na Universidade Estadual do Mississippi, realizo experimentos que muitas vezes se baseiam na ideia de que os elétrons e prótons vistos em nossos instrumentos interagem através da troca de fótons virtuais.
Meus colegas e eu medimos recentemente o tamanho do próton com muita precisão, bombardeando átomos de hidrogênio com um feixe de elétrons.
A mesma ideia é usada para calcular como dois elétrons se repelem.
Outro exemplo é o efeito Casimir, um fenômeno quântico mensurável no qual duas placas de metal sem carga colocadas extremamente próximas umas das outras no vácuo experimentam uma pequena força atrativa.