Interazione elettromagnetica e suoi fotoni

L'ipotetico diagramma illustra lo svolgersi di un urto fra due elettroni. Il Primo elettrone, nell'istante in cui si trova in un punto A, emette un fotone che viene successivamente assorbito dal secondo elettrone in un diverso punto B. Entrambe le particelle cariche modificano la loro velocità e la loro direzione senza entrare in contatto, ma mediante lo scambio del fotone: potrebbero essere paragonate a due giocatori che si tirano una palla.
La durata temporale Δt dell'interazione elettromagnetica fra i due che sia 1 MeV 1,6 • 10-13 J (fotoni di tale energia appartengono alla radiazione y), dal principio di indeterminazione di Heisenberg segue che Δt = 6,6 x 10(-22) s.

Il fotone virtuale che media il processo considerato esiste solamente per il brevissimo tempo Δt e, a differenza dei fotoni che costituiscono la radiazione elettromagnetica, non può apparire allo stato libero. Altrimenti, in corrispondenza di ciascuno dei vertici A e B sarebbero violati i principi di conservazione dell'energia e della quantità di moto, che vengono invece rigorosamente rispettaci nel processo complessivo di interazione fra i due elettroni.

La distanza r che un fotone virtuale percorre prima di essere riassorbito è chiamata raggio di interazione. Essendo c la velocità del fotone, nel caso in esame si trova: r=cΔt= 2,0x10(-13) m

Minore è l'energia del fotone scambiato durante un'interazione elettro magnetica fra due particelle cariche, maggiore è, per il principio di indeterminazione, la durata temporale dell'interazione stessa e maggiore è la distanza r. Quindi, poiché l'energia relativistica del fotone, privo di può tendere a zero (anche se non può essere esattamente nulla), non esiste alcun limite superiore al raggio di interazione. Questo risultato è compatibile con quanto inizialmente affermato: che il raggio di azione della forza elettromagnetica, da non confondersi con il
raggio di interazione di uno specifico processo, è infinito.