Die Emission bzw. Absorption eines Photons von einem Elektron ist aufgrund der Energie-Impuls-Beziehung, die eines der Fundamente der Relativitätstheorie ist, nicht zulässig.
Nun kann aber ein Elektron seine Energie nicht um ΔE=Δp·Δc ändern. Trotzdem hat sich die Quantenelektrodynamik als praktikabel erwiesen.
Die Heisenberg’sche Unbestimmtheitsrelation bietet hier einen geschickten Ausweg. Man betrachtet einen zweistufigen Prozess. Dieser Prozess ist z.B. das Produkt
Dieser Operator beschreibt den Übergang zweier Elektronen in den Zuständen 1 und 3 in die Zustände 2 und 4. In diesem Prozess wird erst ein Photon erzeugt und direkt darauf wieder vernichtet. Da das Photon bei diesem Prozess in der realen Welt gar nicht beobachtbar ist, spricht man von einem Photon in virtuellem Zustand oder auch von einem virtuellen Photon. Das Wichtige daran ist, dass es aufgrund der Heisenberg’schen Unbestimmtheitsrelation erlaubt ist, dass ein solches virtuelles Photon entsteht, aber prinzipiell nicht beobachtbar ist. Es darf für kürzeste Zeit die Energie-Impuls-Beziehung verletzt werden.
Da man innerhalb der Operatoren nicht unterscheiden kann, ob es sich um ein virtuelles Teilchen oder ein reales Teilchen handelt, ist der Begriff "Teilchen in virtuellen Zuständen" eigentlich besser verständlich.