¿Qué son las partículas virtuales?
Es una particula elemental, que "aparece"espontáneamente durante un lapso de tiempo muy muy corto. Por lo tanto por el principio de indeterminación de Heisenberg , no se puede medir de manera muy exacta sus propiedades.
Lei sobre estas partículas hace mucho tiempo y no me acuerdo de mucho mas. Tan solo de que cuanta mas masa tenia la partícula, menos tiempo durará.
En todo proceso de física de partículas tienes 3 cosas. El estado inicial, o las partículas originales, el estado final, o las partículas producto de dicho proceso que son reales y podemos detectar y medir y todas las partículas intermedias.
Esas partículas intermedias que como dice #3 duran un periodo muy pequeñito de tiempo la gracia que tienen es que no tiene que necesariamente tener la masa de la particula real sino que pueden estar "off-shell" que esencialmente quiere decir que tienen una masa superior o inferior a la que le toca. Por evitar confusiones tengo que decir que la definición de masa aquí es puramente experimental. Es decir, la masa que uno puede inferir que esa partícula tenía usando sus productos de desintegración.
Otra manera menos "experimental" de entenderlo es que simplemente incumplen E2 = p2 + m2.
En realidad no es todo tan blanco y negro, para la mayoría de casos comunes, la masa de la partícula virtual (O cuanto incumple la relación de energía-momento) va a estar cerca de la masa "on-shell". Cuanto exactamente una particula determinada aparece on-shell u off-shell en un proceso determinado es muy importante en física de particulas y esta relacionado con el tipo de procesos en los que aparece involucrada.
Probablemente meros artefactos matemáticos, consecuencia de trabajar con teoría perturbacional, integrales y todo el rollo. Pequeñas "correcciones" que surgen en los cálculos al usar esas herramientas.
Desde un punto de vista mas fundamental, quizá sean los subproductos de cuando ocurren interacciones entre campos distintos, donde estas interacciones muy complicadas y no-lineales dan lugar a excitaciones en los campos que de alguna manera les permiten adquirir energía como para que la excitación adquiera cierta "forma" y momento similares a las de las partículas reales, pero no lo suficiente por lo general como para llegar a alcanzar el status de "libre" de las partículas libres. "Sombras" en los campos proyectadas por las partículas reales, si se prefiere.
Así, si piensas en dos electrones que se cruzan en direcciones opuestas, puedes hacerlo de la manera teórica, en la que intercambian un foton virtual y esto causa una repulsión. O puedes hacerlo de la manera mas natural, por la cual en cuanto se cruzan y la fuerza repulsiva eléctrica empieza a actuar, crean una perturbación en el campo electromagnético, osea el campo fotónico, lo cual lleva un poco a la confusión de que parezca un foton virtual. Y esta perturbación, de manera análoga a lo que ocurriría en un estanque si tiras una piedra entre dos patitos de goma, sería la causante de la repulsión entre los electrones. Es tu elección en que pensar.
Adjunto una de las mejores explicaciones al respecto que haya encontrado, simplificada, pero clara y concisa y con unos diagramas muy útiles:
https://profmattstrassler.com/articles-and-posts/particle-physics-basics/virtual-particles-what-are-they/
#5 Pues según tengo entendido no es un mero concepto matemático. Han habido experimentos que demuestran la existencia de las partículas virtuales. Uno era el de poner dos laminas de forma paralela muy juntas y por la accion de las partículas que se crean más en la parte externa que interna crear una presión que hace que se peguen las láminas.
#6 el efecto Casimir-Folder. Pero eso lo que demuestra es que hay una energía del vacío, capaz de hacer cierto trabajo por ende de la diferencia de potencial entre las placas y el exterior. Y eso es mas o menos evidente y nadie niega su existencia, de hecho resulta prácticamente necesaria para sostener nuestros modelos cosmológicos.
Nadie pone en duda eso, lo que se discute aquí es su interpretación filosófica y natural de este efecto. Y las partículas virtuales como tal son una interpretación matemática de ese efecto cuántico consecuencia de la incertidumbre y las propiedades del vacío. Pero ni son partículas realmente, ni son virtuales, esa es la cuestión.
Hombre, en el fondo podriamos decir lo mismo de todas las resonancias, no hace falta irse a energías de vacio o a correcciones virtuales.
Pongamos el Z como ejemplo de algo que llamamos "partícula" pero que solo podemos detectar con sus productos de desintegración. Esta claro que hay algo que toma importancia alrededor de una masa invariante determinada (91 GeV) y esta claro que tiene un componente de virtualidad porque la resonancia tiene una anchura y no es un simplemente un punto y también sabemos que esa anchura no es simplemente producto de que no sepamos medirlo sino que viene de como son las interacciones subyacentes. (Y si seguimos podemos llegar a que el fotón y el Z son una cosa parecida en el fondo, pero por no complicar el asunto)
Es el Z una particula de verdad? Ahi es donde entra la interpretación filosófica que comenta #7 . Uno puede pensar que sí y que precisamente el hecho de no poder medirla directamente le da la libertad de tener la masa que le de la gana o puedes pensar que todo esto es producto de que solo sabemos hacer cálculos en teoría de perturbaciones y que en realidad el Z no es una partícula sino un mero artefacto y que cuando logremos hacer una teoría no perturbativa nos daremos cuenta de que ni Z ni leñes.
Al final es un poco lo mismo. Si te crees que el Z es una partícula de verdad y admites que el concepto de virtualidad esta ahí, extenderlo a cosas más "alocadas" tampoco es tanto salto.
Y no entramos a QCD y sus definiciones de que es una partícula claro, que es todavía más fiesta :P.
EDIT:
Despues de reflexionar un poco y para evitar confusiones, hay que decir que aquí hay dos cosas distintas porque existe una diferencia entre lo que es ser real o virtual y lo que es una resonancia, como el Z, que en realidad es una partícula inestable.
Si algo existe y puedo darle unas propiedades y medirlo usando sus productos de desintegración es un estado inestable. Una partícula virtual no es medible ni es un estado bien definido ni tiene desintegraciones ni nada. Es una linea interna de un diagrama de Feynman. Fin de la historia.
Lo que pasa es que cuando uno se pone a hablar de resonancias y de cálculos a un nivel determinado en teoría de perturbaciones ambas definiciones se mezclan porque existe una "traducción" entre las lineas internas de un diagrama de Feynman y las partículas de verdad, pero es una traducción que en realidad es fake porque los diagramas de feynman no son procesos reales y solo la suma a todos los órdenes tiene sentido físico.
Por eso lo de hablar de cosas "on-shell" y en el pico de resonancia como reales y "off-shell" o fuera de la resonancia como virtuales. Lo vereis en muchos artículos o charlas de experimentales... algo en el pico de la resonancia es muy real y algo fuera de la resonancia es muy virtual. Esto viene de hacer una interpretación en la que estamos considerando a la linea interna como una cosa real que puede tener una masa u otra masa... pero es algo que es fundamentalmente incorrecto.
Dejo lo que he escrito antes aunque sea incorrecto para que se entienda la discusión y así sabeis de donde viene si lo veis en algún sitio 
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#8 Muy bien dicho, siempre es un gusto leerte. Pero bueno como bien dices en el caso de los Z, aun teniendo vidas tan cortas que caen en lo virtual y no observable y siendo evidente que son meras lineas internas de los diagramas de Feynman que denotan su carácter mediador, al menos hay cierta prueba física de su magnitud no. Te pones a chocar electrones y positrones y a partir de los 60 GeV pues aparece esa pico al que agarrarte y luego al menos al decaer dejan detrás suya un puñado de hadrones como testigos. Ya es algo no? Los fotones virtuales no tienen quizá ese lujo. Aunque es una distinción un poco tonta por mi parte seguramente.
Y como bien dices, entrando en QCD y por ejemplo en cosas como los equivalentes a los fotones virtuales para la carga de color como son los gluones, resulta bastante evidente que el término partícula a esas escalas, poco mas que sirve como un elemento semántico para categorizar las cosas y poco mas. Y un poco por ello al final el contribuyente importante a las masas de los bariones, es mas la energía cinética y potencial contenida en ellos, que no las masas de sus componentes individuales.
Muchas gracias por tomarte el tiempo de iluminarnos.
QCD es un cachondeo en general 
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Lo más parecido a detección directa que uno puede aspirar en el caso de QCD son jets (Chorros colimados de hadrones) que sabemos que denotan que vienen de un quark o un gluon. Tenemos mediciones del pico del Z en dos jets que son bastante razonables de que a altas energías existe una cosa que se puede entender como partícula.
Ahora, ten en cuenta que por como va QCD los quarks y los gluones estan confinados. Que por simplificar quiere decir que son, a nivel fundamental, imposibles de medir como entidades individuales. Los quarks libres no existen. Solo podemos definirlos para hacer cálculos con ellos a energías muy altas y por eso podemos hacer teoría de perturbaciones.
Esto hace muy complicado definirlos como partículas ... que es una partícula que no puedo definir como algo individual en el vacio? Que no se puede desplazar en el espacio?
Y ya a la hora de definir la masa ni te cuento. Como un quark rapidamente se pone a interaccionar con QCD y a formar estados ligados no decae con lo que medir su masa de forma directa no es posible.
Las definiciones de "masa en el polo" de QCD a mi nunca me han quedado claras. Supongo que los teóricos sabran .
La única excepción es el top, que sí que decae muy rápido via electroweak y se puede medir bien y a gusto.
#10 Evidentemente, esa particularidad del confinamiento y como cuando estas a puuuunto de separar los quarks, has llegado a la energía justa y necesaria para crear otra pareja a mi siempre me ha fascinado. Es taaaaan bello, tan conveniente y a la vez tan frustrante no? Me fascina xD
Y bueno de las masas de polo es un poco me parece a mi, de esas cosas que casi se dan por sentadas por todo el mundo, pero luego empiezas a preguntar a cada uno, o a buscar en literatura y la respuesta es un poco que nadie lo tiene claro realmente! Que si divergencias del infrarojo, que si fluctuaciones lineales, que si no se que... No seré yo el que te lo aclare, eso seguro. Pasa un poco lo mismo con el ratio de amortiguación de los gluones.
Pregunta offtopic #11
A que te refieres con lo del ratio de amortiguación? No me suena nada con ese nombre pero puede ser cosa de traducción.
#12 Mis disculpas. Damping rate, gamma. En relación al plasma de gluones, viscosidad, proceso disipativo, etc.
Aaaahm. Mi desconocimiento de quark-gluon plasma es absoluto. Tampoco me sonaba en inglés ahora que lo he encontrado . Mire un poquito cuando se midio el jet quenching al principio del lhc y poco más.
@Kimura no se que anda haciendo, yo sí. Pensaba que lo sabías ya xD.
#16 yo? No estoy en nada. En realidad no tengo oficio ni beneficio. Necesitas un ayudante de laboratorio? La bata me hace un culito... 
#17 pues si estás por Madrid y me entero de algo puedo avisarte 
La beca que comenté en otro hilo terminó desierta 