Διάγραμμα Φάινμαν
Το διάγραμμα Feynman είναι ένα διάγραμμα που δείχνει τι συμβαίνει όταν στοιχειώδη σωματίδια συγκρούονται.
Τα διαγράμματα Feynman χρησιμοποιούνται στην κβαντομηχανική. Ένα διάγραμμα Feynman έχει γραμμές σε διάφορα σχήματα - ευθείες, διακεκομμένες και τεθλασμένες - οι οποίες συναντώνται σε σημεία που ονομάζονται κορυφές. Οι κορυφές είναι τα σημεία όπου αρχίζουν και τελειώνουν οι γραμμές. Τα σημεία στα διαγράμματα Feynman όπου συναντώνται οι γραμμές αντιπροσωπεύουν δύο ή περισσότερα σωματίδια που τυχαίνει να βρίσκονται στο ίδιο σημείο του χώρου την ίδια στιγμή. Οι γραμμές σε ένα διάγραμμα Feynman αναπαριστούν το εύρος πιθανότητας για ένα σωματίδιο να πάει από το ένα σημείο στο άλλο.
Στα διαγράμματα Feynman, τα σωματίδια επιτρέπεται να πηγαίνουν τόσο προς τα εμπρός όσο και προς τα πίσω στο χρόνο. Όταν ένα σωματίδιο πηγαίνει προς τα πίσω στο χρόνο, ονομάζεται αντισωματίδιο. Τα σημεία συνάντησης των γραμμών μπορούν επίσης να ερμηνευθούν προς τα εμπρός ή προς τα πίσω στο χρόνο, έτσι ώστε αν ένα σωματίδιο εξαφανιστεί σε ένα σημείο συνάντησης, αυτό σημαίνει ότι το σωματίδιο είτε δημιουργήθηκε είτε καταστράφηκε, ανάλογα με την κατεύθυνση στο χρόνο από την οποία ήρθε το σωματίδιο.
Όλες οι γραμμές και οι κορυφές έχουν ένα πλάτος. Όταν πολλαπλασιάζετε το πλάτος πιθανότητας για τις γραμμές, το πλάτος για τα σωματίδια να πάνε από το σημείο που ξεκινούν μέχρι το σημείο που συναντιούνται, και στο επόμενο σημείο συνάντησης, και ούτω καθεξής, και επίσης πολλαπλασιάζετε με το πλάτος για κάθε σημείο συνάντησης, παίρνετε έναν αριθμό που σας λέει το συνολικό πλάτος για τα σωματίδια να κάνουν αυτό που λέει το διάγραμμα ότι κάνουν. Αν αθροίσετε όλα αυτά τα πλάτη πιθανότητας σε όλα τα πιθανά σημεία συνάντησης, και σε όλα τα σημεία εκκίνησης και τερματισμού με κατάλληλο βάρος, παίρνετε το συνολικό πλάτος πιθανότητας για μια σύγκρουση σε έναν επιταχυντή σωματιδίων, το οποίο σας λέει τη συνολική πιθανότητα αυτά τα σωματίδια να αναπηδήσουν το ένα πάνω στο άλλο προς οποιαδήποτε συγκεκριμένη κατεύθυνση.
Τα διαγράμματα Feynman πήραν το όνομά τους από τον Richard Feynman, ο οποίος κέρδισε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής. Τα διαγράμματά του είναι πολύ απλά στην περίπτωση της κβαντικής ηλεκτροδυναμικής (QED), όπου υπάρχουν μόνο δύο είδη σωματιδίων: ηλεκτρόνια (μικρά σωματίδια μέσα στα άτομα) και φωτόνια (σωματίδια του φωτός). Στην QED, το μόνο πράγμα που μπορεί να συμβεί είναι ότι ένα ηλεκτρόνιο (ή το αντισωματίδιο του) μπορεί να εκπέμψει (ή να απορροφήσει) ένα φωτόνιο, οπότε υπάρχει μόνο ένα δομικό στοιχείο για κάθε σύγκρουση. Το πλάτος πιθανότητας για την εκπομπή είναι πολύ απλό - δεν έχει πραγματικό μέρος, και το φανταστικό μέρος είναι το φορτίο του ηλεκτρονίου.
Σε αυτό το διάγραμμα Feynman, ένα ηλεκτρόνιο και ένα ποζιτρόνιο καταστρέφουν το ένα το άλλο, παράγοντας ένα εικονικό φωτόνιο που γίνεται ένα ζεύγος κουάρκ-αντικουάρκ. Στη συνέχεια το ένα εκπέμπει ένα γκλουόνιο
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Q: Τι είναι το διάγραμμα Feynman;
A: Το διάγραμμα Feynman είναι ένα διάγραμμα που δείχνει τι συμβαίνει όταν στοιχειώδη σωματίδια συγκρούονται. Αποτελείται από γραμμές σε διαφορετικά σχήματα - ευθείες, διακεκομμένες και τεθλασμένες - οι οποίες συναντώνται σε σημεία που ονομάζονται κορυφές. Οι κορυφές είναι τα σημεία όπου αρχίζουν και τελειώνουν οι γραμμές και αντιπροσωπεύουν δύο ή περισσότερα σωματίδια που τυχαίνει να βρίσκονται στο ίδιο σημείο του χώρου την ίδια στιγμή.
Ερ: Τι αναπαριστούν οι γραμμές σε ένα διάγραμμα Feynman;
Α: Οι γραμμές σε ένα διάγραμμα Feynman αναπαριστούν το εύρος πιθανότητας για ένα σωματίδιο να πάει από το ένα μέρος στο άλλο. Μπορούν επίσης να ερμηνευθούν προς τα εμπρός ή προς τα πίσω στο χρόνο, έτσι ώστε αν ένα σωματίδιο εξαφανιστεί σε ένα σημείο συνάντησης, αυτό σημαίνει είτε ότι το σωματίδιο δημιουργήθηκε είτε ότι καταστράφηκε ανάλογα με την κατεύθυνση του στο χρόνο.
Ερώτηση: Πώς υπολογίζεται το συνολικό πλάτος πιθανότητας για μια σύγκρουση;
Α: Το υπολογίζετε πολλαπλασιάζοντας όλα τα πλάτη πιθανότητας για κάθε γραμμή και κορυφή και στη συνέχεια προσθέτοντας όλα αυτά τα πλάτη πιθανότητας σε όλα τα πιθανά σημεία συνάντησης με κατάλληλο βάρος. Αυτό σας δίνει το συνολικό πλάτος πιθανότητας για μια σύγκρουση σε έναν επιταχυντή σωματιδίων, το οποίο σας λέει πόσο πιθανό είναι τα σωματίδια να αναπηδήσουν το ένα πάνω στο άλλο προς οποιαδήποτε συγκεκριμένη κατεύθυνση.
Ερ: Ποιος εφηύρε τα διαγράμματα Feynman;
Α: Τα διαγράμματα Feynman πήραν το όνομά τους από τον Richard Feynman που κέρδισε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής. Τα ανέπτυξε στο πλαίσιο της εργασίας του για την κβαντική ηλεκτροδυναμική (QED).
Ερ: Τι είδους σωματίδια εμπλέκονται στην QED;
Α: Στην QED υπάρχουν μόνο δύο είδη σωματιδίων - ηλεκτρόνια (μικρά σωματίδια μέσα στα άτομα) και φωτόνια (σωματίδια του φωτός). Το μόνο πράγμα που μπορεί να συμβεί είναι ότι ένα ηλεκτρόνιο (ή το αντισωματίδιο του) μπορεί να εκπέμψει (ή να απορροφήσει) ένα φωτόνιο, οπότε υπάρχει μόνο ένα δομικό στοιχείο για κάθε σύγκρουση.
Ερ: Τι σημαίνει ένα φανταστικό μέρος όταν μιλάμε για πιθανότητες εκπομπής;
Α: Ένα φανταστικό μέρος σημαίνει το φορτίο ενός ηλεκτρονίου όταν μιλάμε για πιθανότητες εκπομπής στο πλαίσιο της θεωρίας QED.
