Feynmanin graafi
Feynmanin kaavio on kaavio, joka osoittaa, mitä tapahtuu, kun alkeishiukkaset törmäävät toisiinsa.
Feynmanin kaavioita käytetään kvanttimekaniikassa. Feynmanin kaaviossa on eri muotoisia viivoja - suoria, katkoviivaisia ja kiemuraisia - jotka kohtaavat pisteissä, joita kutsutaan kärkipisteiksi. Pisteissä viivat alkavat ja päättyvät. Feynmanin diagrammien pisteet, joissa viivat kohtaavat, edustavat kahta tai useampaa hiukkasta, jotka sattuvat olemaan samassa pisteessä avaruudessa samaan aikaan. Feynmanin kaavion viivat edustavat hiukkasen todennäköisyysamplitudia siirtyä paikasta toiseen.
Feynmanin kaavioissa hiukkaset voivat kulkea ajassa sekä eteen- että taaksepäin. Kun hiukkanen kulkee ajassa taaksepäin, sitä kutsutaan antihiukkaseksi. Viivojen kohtaamispisteet voidaan tulkita myös ajassa eteen- tai taaksepäin, joten jos hiukkanen katoaa kohtaamispisteeseen, se tarkoittaa, että hiukkanen joko luotiin tai tuhoutui, riippuen siitä, mistä ajallisesta suunnasta hiukkanen tuli.
Kaikilla viivoilla ja kärkipisteillä on amplitudi. Kun kerrotaan viivojen todennäköisyysamplitudi, amplitudi hiukkasten kulkemiselle lähtöpaikasta kohtaamispaikkaan ja seuraavaan kohtaamispaikkaan ja niin edelleen, ja kerrotaan myös kunkin kohtaamispisteen amplitudilla, saadaan luku, joka kertoo hiukkasten kokonaisamplitudin, jolla ne voivat tehdä sen, mitä kaaviossa sanotaan. Jos lasketaan yhteen kaikki nämä todennäköisyysamplitudit kaikissa mahdollisissa kohtaamispisteissä ja kaikissa alku- ja loppupisteissä sopivalla painolla, saadaan hiukkaskiihdyttimessä tapahtuvan törmäyksen kokonaistodennäköisyysamplitudi, joka kertoo hiukkasten kokonaistodennäköisyyden törmätä toisiinsa johonkin tiettyyn suuntaan.
Feynman-diagrammit on nimetty fysiikan Nobel-palkinnon voittaneen Richard Feynmanin mukaan. Hänen kaavionsa ovat hyvin yksinkertaisia kvanttisähködynamiikan (QED) tapauksessa, jossa on vain kahdenlaisia hiukkasia: elektroneja (pieniä hiukkasia atomien sisällä) ja fotoneja (valohiukkasia). QED:ssä ainoa asia, joka voi tapahtua, on se, että elektroni (tai sen antihiukkanen) voi emittoida (tai absorboida) fotonin, joten törmäyksiä varten on vain yksi rakennuspalikka. Emission todennäköisyysamplitudi on hyvin yksinkertainen - sillä ei ole reaaliosaa, ja imaginääriosa on elektronin varaus.
Tässä Feynmanin kaaviossa elektroni ja positroni tuhoavat toisensa tuottaen virtuaalisen fotonin, josta tulee kvarkki-antikvarkkipari. Sitten toinen säteilee gluonia
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on Feynmanin kaavio?
A: Feynmanin kaavio on kaavio, joka osoittaa, mitä tapahtuu, kun alkeishiukkaset törmäävät toisiinsa. Se koostuu erimuotoisista viivoista - suorista, katkoviivoista ja vinoviivoista - jotka kohtaavat pisteissä, joita kutsutaan kärkipisteiksi. Pisteissä viivat alkavat ja päättyvät, ja ne edustavat kahta tai useampaa hiukkasta, jotka sattuvat olemaan samassa pisteessä avaruudessa samaan aikaan.
Kysymys: Mitä Feynmanin kaaviossa olevat viivat kuvaavat?
V: Feynmanin kaavion viivat kuvaavat hiukkasen todennäköisyysamplitudia siirtyä paikasta toiseen. Ne voidaan tulkita myös ajassa eteen- tai taaksepäin, joten jos hiukkanen katoaa kohtaamispisteeseen, se tarkoittaa joko hiukkasen syntymistä tai tuhoutumista riippuen sen ajallisesta suunnasta.
Kysymys: Miten lasketaan törmäyksen kokonaistodennäköisyysamplitudi?
V: Tämä lasketaan kertomalla kaikki todennäköisyysamplitudit kunkin viivan ja kärkipisteen osalta ja laskemalla sitten yhteen kaikki nämä todennäköisyysamplitudit kaikista mahdollisista kohtaamispisteistä sopivalla painolla. Näin saadaan hiukkaskiihdyttimessä tapahtuvan törmäyksen kokonaistodennäköisyysamplitudi, joka kertoo, kuinka todennäköisesti hiukkaset törmäävät toisiinsa johonkin tiettyyn suuntaan.
K: Kuka keksi Feynmanin kaaviot?
V: Feynmanin kaaviot on nimetty fysiikan Nobel-palkinnon saaneen Richard Feynmanin mukaan. Hän kehitti ne osana kvanttisähködynamiikkaa (QED) koskevaa työtään.
K: Millaisia hiukkasia QED:hen liittyy?
V: QED:ssä on vain kahdenlaisia hiukkasia - elektroneja (pieniä hiukkasia atomien sisällä) ja fotoneja (valohiukkasia). Ainoa asia, joka voi tapahtua, on se, että elektroni (tai sen antihiukkanen) voi emittoida (tai absorboida) fotonin, joten törmäyksiä varten on vain yksi rakennusaine.
Kysymys: Mitä imaginääriosa tarkoittaa, kun puhutaan emissiotodennäköisyyksistä?
V: Imaginaariosa tarkoittaa elektronin varausta, kun puhutaan QED-teorian päästötodennäköisyyksistä.
