Når elektroner og myoner vekselvirker via Coulomb-kraften, utveklser de et foton med hverandre. Denne prosessen beskrives via Feynman-diagrammer. Ett av diagrammene som bidrar til slik elektron-myon vekselvirkning vises ovenfor. "e" representerer elektronet før og etter vekselvirkningen, "μ" representerer myonet før og etter vekselvirkningen, mens "γ" representerer fotonet. Bevegelsesmengden og spinnet til partiklene representeres av symbolene p1,p2,p3,p4,q,s1,s2.
Et Feynman-diagram er et grafisk verktøy som brukes i teoretisk fysikk for å beskrive hvordan partikler vekselvirker med hverandre.
Feynman-diagrammer er en svært kompakt og elegant måte å beskrive oppførselen til partikler på, og de brukes på flere områder innen fysikken, blant annet kvantefeltteori og faste stoffers fysikk.
I kvantefysikk kan målbare størrelser, som spredningstverrsnitt og henfallsrater, studeres teoretisk ved å beregne sannsynligheten for at en partikkel går fra én bestemt tilstand til en annen bestemt tilstand (sannsynlighetsamplituder). Med tilstand menes her et sett med karakteristiske egenskaper til partikkelen, slik som hvilken bevegelsesmengde den har og hvilket spinn den har. Sannsynligheten for dette er bestemt både av hvilken initial- og slutt-tilstand til systemet man er interessert i å studere, samt hvilken type vekselvirkning som er relevant for systemet (for eksempel elektrisk kraft eller sterk vekselvirkning).
Slike sannsynligheter kan beregnes analytisk ved å bruke metoder fra kvantefeltteori, slik som veiintegralformalismen. Disse analytiske uttrykkene blir fort veldig kompliserte og vanskelige å håndtere. Fysikeren Richard Feynman etablerte i 1948 en alternativ måte å representere sannsynligheter på rent grafisk, uten å måtte skrive ned upraktisk store likninger.
Å bruke Feynman-diagrammer er både svært elegant og praktisk med tanke på å evaluere sannsynligheter for ulike partikkel-prosesser, og det muliggjør beregninger som i praksis ellers ville vært for kompliserte å gjennomføre.
Feynman-diagrammer viser at partikler vekselvirker med hverandre på enhver måte som er prinsipielt mulig, og at den totale sannsynlighet for en gitt partikkel-prosess bestemmes av summen av alle disse mulige vekselvirkningene.
Figuren viser et eksempel på et Feynman-diagram som beskriver ett av uendelige mange bidrag til en prosess bestående av et innkommende elektron og et myon som vekselvirker med hverandre gjennom et foton, og deretter ferdes videre. Elektronet og myonet kan ha forskjellig bevegelsesmengde og spinn etter at de har vekselvirket via fotonet. Fotonet representerer den elektriske Coulomb-kraften som gjør at elektronet og myonet frastøter hverandre.
Feynman-diagrammet i figuren illustrerer også forskjellen mellom reelle og virtuelle partikler. Elektron- og myon-linjene i diagrammet (e og μ) representerer reelle partikler som vekselvirker med hverandre. Fotonet (γ) representerer derimot en såkalt virtuell partikkel.
En virtuell partikkel skiller seg fra en reell partikkel på flere måter. Man kan tenke på en virtuell partikkel som en kvantefluktuasjon som kun eksisterer i et begrenset tidsintervall. På grunn av dette trenger virtuelle partikler ikke ha de samme karakteristiske egenskapene som de tilsvarende reelle partiklene, slik som deres masse.
Virtuelle partikler kan ikke detekteres individuelt, men de fører likevel til eksperimentelt målbare konsekvenser som er veletablerte innen fysikk, blant annet modifiserte vekselvirkninger mellom reelle partikler.
Feynman-diagrammer har navn etter den amerikanske fysikeren Richard Feynman, som tok dem i bruk mot slutten av 1940-tallet.
Kommentarer
Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.
Du må være logget inn for å kommentere.