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Titolo: I fotoni sono, o non sono, i mediatori del campo magnetico?

  In una precedente discussione avevo detto che l'attrazione di una
calamita è prodotta dall'azione dei fotoni.
  Ne ero convinto, ma un interlocutore, sull'argomento, mi ha risposto
ironicamente e testualmente "Quindi un magnete permanente (una
calamita) emette in continuazione fiumi di fotoni? Una sorgente eterna
di energia elettromagnetica!"
  Se sono fiumi, non lo so. E neanche so come agiscano, ma che non
fossero estranei all'attrazione, ne ero convinto.
  Adesso mi chiedo: se non sono loro, allora quali altre particelle
sono responsabili dell'attrazione?
  O il campo magnetico si manifesta senza necessità che ci siano dei
mediatori?
Luigi.


Ciao, sono sempre i fotoni, ma la trattazione in quel caso è più
complessa. Si tratta di un campo elettromagnetico macroscopico in cui
il valor medio del campo sullo stato è non nullo, cosa che succede
invece per gli stati a numero finito di fotoni. Tale valore medio è il
campo classico che soddisfa le equazioni di Maxwell. Non ho mai fatto
i calcoli nel caso elettreomagnetico dove ci sono anche alcune
sottigliezze sulla scelta del gauge in elettrodinamica quantistica. Ho
fatto diversi anni fa conti simili per le particelle di Kelin-Gordon
(particelle scalari, cioé spin 0) nel caso dell'interazione tra due
"cariche" macroscopiche che interagiscono tra di esse con il campo di
K-G.
Bisogna lavorare con particolari stati detti "coerenti" il cui numero
di bosoni non è definito ed è in un certo senso "infinito" (applicando
gli operatore di distruzione non riesci a togliere particelle).  Lo
stato di cui si parla è lo stato di minima energia del sistema
"sorgenti macroscopiche + campo". L'energia di tale stato dipende
parametricamente da parametri geometrici (tipo la distanza tra le
sorgenti [calamite nel tuo caso]) la derivata dell'energia rispetto a
tale distanza cambiata di segno corrisponde ad una forza efficace...
Ora non ho tempo di dire di più.
Ciao, Valter
PS. Già che ci sono, volevo segnalarvi, se interessasse a qualcuno,
che abbiamo posticipato fino al 1 ottobre il termine ultimo per la
presentazione della domanda
per iscriversi al dottorato di ricerca in Matematica (quindi anche
fisica matematica ) nel mio dipartimento (Università di Trento,
Facoltà di Scienze). Se a qualcuno
interessa trova i moduli qui
http://portale.unitn.it/drmath/hp_event.do?HP_Request=HP_News&newsId=.
..
e notizie sul dottorato qui
http://portale.unitn.it/drmath/homepage.do?utente=Visitors&rootchanne.
..

 Ciao, Valter
  Quindi i fotoni non sono estranei al campo magnetico e questa,
confesso, è la parte che ho capito di più.
  Sulla parte successiva, più complicata, non ho afferrato bene se ci
siano eccezioni e di che tipo.
  Spero che tu, o qualcun altro, possa darmi qualche ulteriore
spiegazione, con concetti più semplici, in modo che anche io possa
capirli.
  Possiamo dire intanto, come punto di partenza, che se due calamite
si attraggono, è perché, tra di esse agiscono i fotoni?
  Grazie, ciao.
Luigi.

 wrote:
1>   Possiamo dire intanto, come punto di partenza, che se due
calamite
2> si attraggono, è perché, tra di esse agiscono i fotoni?
3>   Grazie, ciao.
Ciao, si tratta di un modo estremamente riduttivo di vedere la cosa,
però messa nei tuoi termini, la risposta è SI.
  Ciao, Valter

Riformulo la domanda:
Due elettroni si respingono in virtu del campo E da loro creato.
Come si può descrivere questa situazione vedendola come scambio di
particelle che mediano la forza, ovvero di fotoni?

 sono responsabili dell'attrazione?
Te lo dovevi far dire dal tizio che te l'ha smontata la tua
idea...<<ComeQuandoePerche'>>... Io forse potrei, anzi sicuramente,
sbagliarmi, scusa.... magari lui vede meglio di noi due?
Comunque son fotoni...


Come gia' in altri post invito a non considerare il cosiddetto scambio
di fotoni che mediano la forza come ad un processo di urto particelle-
fotoni. Questa ultima interpretazione ad esempio non spiegherebbe
l'attrazione tra particelle di carica opposta.
Il tutto nasce dai diagrammi di Feynman in cui all'ordine piu' basso
c'e' una linea interna associata al fotone che connette due vertici
con lineee esterne associate alle particelle cariche. Non a caso tale
linea del fotone e' detta virtule.
In QED se uno calcola all'ordine e^2 l'interazione tra due cariche
accoppiate al campo elettromagnetico deve valutare proprio il
diagramma di Feynman di cui sopra che si traduce proprio nel
potenziale coulombiano che uno conosce per le due cariche. Tutto
questo si puo' forse riassumere nelle proprieta' del fotone e
dell'accoppiamento alle cariche:  il campo del fotone e' vettoriale, a
massa  nulla e accoppiato alle correnti in modo gauge invariante
minimale.
Ciao

 ha scritto nel messaggio 
news:1189929530....@w3g2000hsg.googlegroups.com...

Ciao, premetto che ero stato io a parlare di "fiumi di fotoni"... Credo di 
capire cosa intendi in questa risposta ed hai sicuramente ragione, considera 
però l'interpretazione che nel contesto era stata data (e che penso ancora 
persista) del verbo "agire", per capirci qualcosa come un fascio di 
particelle (palline?) emesso in continuazione dal magnete che colpiscono il 
bersaglio e lo attirano (o lo respingono). In pratica la mia risposta voleva 
sottolineare che senza comprendere il "campo" e le fluttuazioni dello stesso 
non ha senso parlare di fotoni.
Inoltre in questa visione "a palline", come non intendere "fotoni puri", 
visto che si era ben lungi dal considerare sovrapposizioni coerenti e men 
che mai autostati degli operatori di distruzione? Come dici è un modo 
talmente riduttivo di vedere la cosa che, a mio vedere, forse la risposta 
migliore è "SI e NO". 

 Comunque son fotoni...
  Volevo sentire più pareri per accertare cosa poteva essermi sfuggito
e per poter decidere quale risposta sarebbe stata più convincente.
  E devo dire di essere rimasto soddisfatto dalle risposte.
Luigi.


Ricordati in ogni caso che parlare di campo elettrico o magnetico ha
senso soltanto in un preciso sistema di riferimento.
Anche se in un sistema di riferimento misuri solo campo magnetico, un
osservatore in moto rispetto a te misura generalmente sia campo
elettrico che campo magnetico, e vice versa.
sD


  Personalmente ritengo che non sia un modo riduttivo di vedere la
cosa, ma un modo semplice, elementare e comprensibile.
  Tuttavia non nego che ci possano essere anche altre componenti e
altri meccanismi più complicati, che non riesco a comprendere
adeguatamente.
  La difficoltà sta soprattutto nel non riuscire ad immaginare con
quali modalità esercitino, in modo concreto e non astratto, la loro
azione tra le calamite.
  In questo senso, il tuo "estremamente riduttivo" è perfettamente
adeguato.
Luigi.


  D'accordo.
  Ma, o è un campo elettrico o un campo magnetico o un campo
elettromagnetico, alla fine i fotoni sono presenti in ogni caso.
Luigi.

migliore è "SI e NO".
Ciao, si si potrebbe anche dare la tua risposta.
 Il punto è che i fotoni non sono palline e quando si parla di
portatori di interazione si intendono varie cose piuttosto tecniche e
non certo lo scambio di palline.
Il responsabile dell'interazione elettromagnetica, inclusa
l'attrazione di tue cariche macroscopiche o due calamite è il campo
elettromagnetico. Un modo per rappresentare i suoi stati quantistici è
quello di usare stati in cui sono definiti i fotoni (rappresentazioni
irriducibili del gruppo di Poincaré fatte in un certo modo). Nel caso
di stati coerenti descriventi campi con significato classico, la
nozione di fotone si può usare ma è un pochino inappropriata, potremmo
dire, dato che tali stati non sono a numero di fotoni definito...Il
concetto di fotone è utile con stati a numero finito di
particelle...In defintiva mi pare che la domanda fosse un pò malposta
in quanto attribuisce alla nozione di fotone un significato diverso e
sicuramente più vasto di quello che ha...
Ciao, Valter

 Ciao, Valter
  Se ti va, potresti spiegarmi perché è malposta?
  Mi serve per migliorarmi e posso farlo solo se avrò capito l'errore
che ho fatto nella domanda.
  A me sembra di non aver dato alla nozione di fotone alcun
significato diverso e più vasto.
  Tenendo conto che mi interessava sapere se i fotoni fossero, o non
fossero, la causa dell'attrazione magnetica, potresti dirmi come
avresti formulato tu correttamente la domanda?
  Grazie, ciao.
Luigi.

 potenziale coulombiano che uno conosce per le due cariche.
E' vero quello che dici, però in quel caso le cariche sono
quantistiche, sono elettroni. Qui si parla invece di cariche
macroscopiche classiche...
Ciao, Valter

 che ho fatto nella domanda.
Il punto è qui: i fotoni NON sono il campo elettromagnetico
quantistico, il vero responsabile dell'interazione tra le calamite,
sono solo un  modo per rappresentarne gli stati quantistici, e nemmeno
sempre adeguato. I fotoni non sono nemmeno palline classiche che
trasmettono forze per urti. Nel caso in  esame la nozione di fotone è
abbastanza poco adeguata, visto il tipo di _stato quantistico_ del
campo elettromagnetico che si dovrebbe usare...
Ripeto però che non ho mai fatto i calcoli fino in fondo in questo
caso ma li ho fatti su un modello semplificato. Forse qualcosa si
trova sul classico testo di Heitler di elettrodinamioca quantistica
non covariante.
Ci sono diverse situazioni in cui la nozione di fotone non è adeguata.
Per esempio  io mi occupo di teoria dei campi quantistici in
spaziotempo curvo e in tal caso la stessa nozione di particella è
inadeguata. Capire fino in fondo queste cose però è difficile perché
richiede una conoscenza adeguata dal punto di vista tecnico.
Ciao, Valter


Ma il problema non dovrebbe cambiare se accoppio A_mu a
correnti esterne, anche macroscopiche, descritte da correnti J^mu,
con un accoppiamento J^mu A_mu: quello che conta per trovare il
potenziale
e' solamente il propagatore del fotone che (in opportune gauge's) e'
del tipo
-eta^{mu,nu}\k^2 nello spazio degli impulsi, portando appunto al
potenziale elettrostatico di Coulomb.
Ciao

 Luigi.
A me sembra che LuigiF voglia capire.... >>>> Ma "la forza" chi la
esercita?????
ALLORA
Se la forza e' elettromagnetica, se e' gravitazionale, se e'.....
C'e' una forza.
OK, fin qui e' la premessa.
Se c'e' una forza c'e' l'oggetto della stessa (la sonda, il corpo che
la subisce) e c'e' il soggetto della forza...
Questa visione (molto fruttuosa per 2 secoli di scienza) ha portato
come sai al concetto di <<campo>>.
Entita' fisica, dalle evanescenti caratteristiche percettive, che si
manifesta allorquando una forza "agisce".
Il campo ha quindi: sorgente, e oggetto-sonda. Esso in se' "conserva
l'energia" della sorgente per far si' che valga il principio di
conservazione dell'energia (e la RR).
Una sorgente di campo che emette energia per inviarla ad un ricevitore
di energia lo fa rispettando il vincolo di "esistenza di una velocita'
limite per la propagazione delle informazioni" : c.
Quindi il campo immagazzina in se' questa energia e la trasporta.
Ma il fotone ed il campo sono 2 cose diverse....
Non e' un campo come uno sciame di mosche.
Visto da lontano sembra un fluido denso e nero... ma da vicino ne puoi
scorgere i singoli componenti.. il fotone non e' la mosca dello
sciame.
Veniamo all'effetto magnetico.
E' una Forza quella che ... "modifica lo stato di moto di un
corpo"....
Se il corpo e' fermo, o se e' in movimento.
Prima domanda.. LuigiF, ma secondo te, i corpi "fermi" lo sono
davvero? Oppure il rimanere "fermo" e' solo una valutazione
soggettiva?
Ogni corpo allora si sta muovendo (a patto di sapere chi lo
"osserva"..).
Come facciamo a trasformare la forza che per noi si manifesta su un
corpo fermo, in una che si manifesta su un corpo in movimento?
Se ci rifletti... in mente considera il fotone... ti accorgi che il
fotone davvero non puo' essere quell'oggetto "tipo palla di biliardo"
che immaginavi.
E' un ente abbastanza strano che sfugge al senso comune... ogni
tentativo di etichettarlo con le vecchie categorie classiche fallisce
perche' esso .... NON SI MUOVE come un corpo classico portando
"impulso".
Se pensi ad un elettrone che scattera su un altro elettrone... allora
la visone pittorica di 2 palle da biliardo va ancora bene, rende
l'idea. Ma 2 elettroni come fanno a scontrarsi?
Non si scontrano.... essi si scambiano energia tramite ..??????
....Ed entrambi si muovono..... non esiste un corpo che puoi
"battezzare come immobile, sic et simpliciter", <<si muove>> o <<non
si muove>> non e' questione di energia ma di punti di vista.
Ed un elettrone e un positrone?
Si attraggono? Come?
e se analizziamo 2 elettroni e 2 positroni....?

 Ciao
Ciao, non saprei non li ho mai confrontati (perché il calcolo per i
fotoni non l'ho mai fatto nel modo che ho detto, mentre ho fatto
quello che dici tu e viene quello che dici), comunque mi immagino che
alla fine il risultato DEVE venire la stessa cosa se viene qualcosa a
con con gli stati coerenti.
Nel calcolo che avevo fatto io (tanti anni fa) con K-G,  accoppiavo il
campo a due delta di Dirac, le cariche macroscopiche, e cercavo
l'autostato di minima energia in funzione della distanza tra i centri
delle cariche... Veniva fuori uno stato coerente ecc ecc...
Ciao, Valter

 
OT per OT ...
cercatevi un'università più grossa: state attenti a quanto sono 
realmente grossi i gruppi di ricerca _locale_ ... importante da un punto 
di vista politico(non conta mica solo il merito in questo mondo) per la 
sopravvivenza futura.
Ciao
-- 
Toyotoshy, linux user #312588

sciame.
Ma allora cosa diavolo è questo fotone? Una componente del fluido? E quali 
sono le altre componenti? 

 e se analizziamo 2 elettroni e 2 positroni....?
  Questo dimmelo tu.
Luigi.

 campo) che fa muovere gli oggetti in quel modo?
Forse ho messo troppa carne al fuoco.... ma vedo che ti inizi a porre
le domande giuste :))
Le voglio analizzare una alla volta.
Per prima quella che ti ho riportato sopra. Sappi che quella che tu
fai non ha risposta... nessuno potra' risponderti in maniera assoluta!
Ognuno sara' in grado di dirti "la risposta" solo facendo riferimento
"a quella data teoria".
Allora un relativista Generale ti dira' una cosa, mentre un
particellare te ne dira' un'altra, uno stringhista un'altra ancora, e
poi ci sono tante altre teorie....
Praticamente stai chiedendoti circa "l'esistenza del Vuoto", "Lo
spazio esiste?", cosa c'e' se c'e' il Nulla?
:))
Io non so risponderti... so solo rimandarti ad altri che sanno piu' di
me... e che hanno affrontato il problema.
Poi dici
____________________________________
Va bene dire che il fotone non è la mosca dello sciame e che non è
una pallina. Ok, ma allora cos'è? E' possibile dargli un qualche
connotato comprensibile, o deve restare nel limbo dell'ignoto?
____________________________________
Ecco.... stavo pensando a come vederlo ... perche' e' questo, no?...
l'idea e' questa
Hai mai scritto una pagina fitta di caratteri?
prendi questo ad esempio:
http://marcofuics.tripod.com/donna.txt
Orbene... cosa rappresenta questa pagina? :))
Diciamola cosi'
Le mosche che vorresti fossero le biglie-fotoni sono i caratteri,  ma
i fotoni sono invece
gli occhi, la bocca, il naso, i capelli della donna. Adesso riesci a
interpretare meglio.
Quando si parla di fotoni non si parla di entita' "tangibili"
direttamente, ma di qualche cosa che esiste solo a patto di
<<trasformare>> quello che stiamo vedendo.
Infatti... se questa immagine solo un poco la cambi, ecco che puff
spariscono i fotoni... basta aggiungere degli spazi vuoti e
immediatamente ti perdi gli occhi.... eppure hai aggiunto dei
"vuoti".... provaci e vedi.
Il fotone appare solo se ti metti in quelle "coordinate" che rendono
il sistema elettromagnetico (quantizzato) "diagonale".
Il resto e' matematica.
____________
Poi dici
_________________________________________________________________
Secondo me è una valutazione oggettiva, ma a patto di specificare
rispetto a quale sistema di riferimento.
_________________________________________________________________
Praticamente :)) dicesi "Soggettivo"...
Il punto e' questo. Se prendiamo in esame "un qualche cosa"... una
mela, un trattore, un pipistrello, una goccia di pioggia...... cosa
possiamo dire se non:
<<rispetto a... tale osservatore questo   si_muove/e'_fermo>>
E questo vale sempre e comunque.
Una mela e' allo stesso tempo mobile e immobile.
Se quindi il "campo magnetico" si manifesta solo su cariche in
moto..... cosa significa allora?
Che esiste il "moto assoluto"?
Oppure che questo campo e' magnetico ma allo stesso tempo no?
Ora pensa a 2 elettroni che "si scontrano" (termine brutto per dire
scattering).
Come immagini che avviene questo processo?
Pensa a quando i 2 elettroni sono molto distanti l'uno dall'altro... e
si avvicinano e scatterano e poi si allontanano.... arrivando lontano.
Riesci a focalizzare il fenomeno?
Ti sembra ok? Le cose ti tornano oppure no? Devi pensarci su.....
pensa a quando <<avviene lo scontro>>.....


[...]
Premetto che io mi occupo di fisica dello stato solido, e non di
teorie quantistiche, relatività o altro di affine.
Se posso dire la mia però, Luigi, io credo che la tua confusione sia
dovuta al fatto che stai cercando di miscelare modelli teorici di
teorie diverse, adatte a campi (campi applicativi intendo) diversi.
Due calamite si attraggono o si respingono, si muovono, per lo stesso
motivo per cui un corpo cade verso terra: è una questione di
minimizzazione dell'energia. In fisica classica, per spiegarlo, si
utilizza il concetto di campo classico che altro nn è che una funzione
matematica utile per conoscere l'andamento di questa energia (del
potenziale) intorno ai corpi che ci interessano.
Quando si parla di interazioni con particelle, invece, o di campi con
particelle, interviene la fisica dei campi quantistici, in questo caso
la QED (quantum electro-dynamics). In queste teorie le interazioni tra
particelle sono mediate da particelle dette "virtuali" (nel caso del
campo elettromagnetico si parla di fotoni virtuali). La parola
virtuale è molto appropriata perchè l'unica cosa certa è che tali
particelle vivono nei modelli matematici che le utilizzano come
propagatori di energia, un pò l'analogo del del campo del potenziale
in fisica classica. Non si tratta di veri e propri fotoni (qualunque
cosa siano) ma di costruzioni teoriche pari al concetto di "campo".
Cosa avvenga "Realmente", io penso, non te lo sa dire nessuno, per
ora.
Ovviamente queste sono le mie opinioni, e non sono un esperto del
settore, quindi prendile per quello che sono.
Ciao,
Mirko

 sono le altre componenti?
Allora, si ritorna al punto.
C'e' chi sostiene che la fisica si "esprime" solo col formalismo
matematico (e sbaglia).
C'e' chi sostiene che si possa insegnare la fisica a tutti (e
sbaglia).
Per esprimere il fotone bisogna "per forza" tirare giu' i presupposti
e le formalizzazioni matematiche
dalle quali esso scaturisce.
Se non facciamo la seconda quantizzazione; se non scriviamo le 
eq.ni
di Maxwell, se non studiamo il calcolo infinitesimale....
il fotone rimane nel limbo.
Ma cio' non toglie che "date le giuste premesse" un ascoltatore non
possa essere in grado di individuare correttamente "il fotone".
Te lo dico perche' e' successo!
E' accaduto che "qualcuno" ha capito il fotone (cioe' ha inquadrato
cosa fa e come lo fa) solo in base alle premesse. Cioe' la persona ha
ricostruito la fisica che sta dietro al fotone...
E questo cosa significa?
Non esiste una unica e sola strada per arrivare a capire... bensi'
ognuno "crea la sua, e poi la segue".

 in fisica classica.
Finalmente qualcuno ha dato una risposta comprensibile!
Si tratta insomma di matematica, e interpetazione fisica è
problematica.

 ora.
Qui invece non ti seguo proprio: cosa vuol dire "Cosa avvenga
"Realmente""?
Ciao, Valter

   Si, mi tornano.
allora
quando avviene lo scattering?
Esiste un momento in cui avviene?
Tenendo sempre presente che gli elettroni si "parlano" attraverso
fotoni.....

 fotoni.....
  Gli elettroni si "parlano" attraverso i fotoni.
  I fotoni agiscono passando da un elettrone all'altro.
  Come si "parlano"? Io credo che lo facciano col sistema più semplice
e fondamentale che esista: l'urto.
  Se i fotoni viaggiano sempre con la stessa velocità, man mano che
gli elettroni si avvicinano, i fotoni devono percorrere sempre una
minore distanza e, di conseguenza, gli urti (nell'unità di tempo)
aumentano.
  Prima ancora che gli elettroni possano toccarsi, ci sarà un
intervallo di tempo in cui l'aumento degli urti sarà tale da provocare
una repulsione sempre più forte tra essi.
  In questo intervallo di tempo, ci saranno nell'ordine:il
rallentamento della velocità di avvicinamento, l'arresto e poi
l'allontanamento.
  Così immagino lo scattering.
Luigi.

   Così immagino lo scattering.
.
:)) e non e' mica poi tanto male, sai?
Ma allora sti fotoni sono emessi da sempre?... :))
E chi poi dei 2 elettroni emette fotoni? quello li' o quello la'?...
Beh... fatti 2 conti: se e' simmetrica l'emissione di un qualcosa
rispetto al riceverla.... allora qual e' il bilancio?
comque sei sulla strada giusta....


  Da quello che scrivi tu, sembra che i fotoni esistano solo se ci
sono, a monte, gli elettroni che li emettono.
  Invece a me viene molto più naturale pensare ai fotoni come vaganti
per l'universo ed esistenti indipendentemente dagli elettroni.
  Immagino così l'interazione tra loro: i fotoni colpiscono
l'elettrone e, dopo un urto elastico, si scambiano le reciproche
quantità di moto e se ne vanno ognuno per la sua strada, senza
lasciare traccia di variazioni energetiche rilevabili dai nostri
strumenti.
  In qualche caso, invece, l'urto, per ragioni che non conosco,
diventa anelastico e, allora, l'elettrone incorpora (assorbe) il
fotone, che sarà emesso successivamente. In questo caso ci accorgiamo
di quello che è avvenuto, perché l'elettrone ha acquistato energia.
  Passando adesso a due elettroni che si respingono, immagino che lo
scattering tra loro sia dovuto agli urti elastici dei fotoni, e non a
quelli anelastici.
Luigi.

   Così immagino lo scattering.
E tra un elettrone ed un positrone che succede?

 E tra un elettrone ed un positrone che succede?
  Non lo so.
  M'immagino che tra un elettrone e un positrone che si avvicinano, ci
siano sempre dei fotoni.
  Ma, a differenza dei due elettroni che hanno lo stesso tipo di
struttura, l'elettrone e il positrone hanno qualcosa di opposto.
  Se la teoria dei vortici ha un fondamento di verità, (io non conosco
la teoria), l'elettrone e il positrone potrebbero essere come vortici
aventi opposti versi di rotazione.
  In questo caso, i fotoni che rimbalzano, da elettrone a positrone,
potrebbero trasportare con se le opposte rotazioni delle due
particelle, che provocherebbero la scomparsa dei vortici.
  Mi piace pensare quindi che gli elettroni e i positroni che vengono
a contatto, siano come grumi che si sciolgono sotto l'azione dei
fotoni.
Luigi.