Feynman-Diagramm

Ein Feynman-Diagramm ist ein Diagramm, das zeigt, was passiert, wenn Elementarteilchen zusammenstoßen.

In diesem Feynman-Diagramm zerstören sich ein Elektron und ein Positron gegenseitig und erzeugen ein virtuelles Photon, das zu einem Quark-Antiquark-Paar wird. Dann strahlt man ein Gluon

Feynman-Diagramme werden in der Quantenmechanik verwendet. Ein Feynman-Diagramm hat Linien in verschiedenen Formen – gerade, gepunktet und verschnörkelt -, die sich an Punkten treffen, die Scheitelpunkte genannt werden. Die Scheitelpunkte sind die Stellen, an denen die Linien beginnen und enden. Die Punkte in Feynman-Diagrammen, an denen sich die Linien treffen, stellen zwei oder mehr Teilchen dar, die sich zufällig zur gleichen Zeit am gleichen Punkt im Raum befinden. Die Linien in einem Feynman-Diagramm stellen die Wahrscheinlichkeit dar, dass ein Teilchen von einem Ort zum anderen geht.

In Feynman-Diagrammen können die Teilchen sowohl vorwärts als auch rückwärts in der Zeit gehen. Wenn ein Teilchen in der Zeit rückwärts läuft, nennt man es ein Antiteilchen. Die Treffpunkte der Linien können auch vorwärts oder rückwärts in der Zeit interpretiert werden, so dass, wenn ein Teilchen in einem Treffpunkt verschwindet, dies bedeutet, dass das Teilchen entweder erschaffen oder zerstört wurde, abhängig von der Richtung in der Zeit, aus der das Teilchen kam.

Alle Linien und Scheitelpunkte haben eine Amplitude. Multipliziert man die Wahrscheinlichkeits-Amplitude für die Linien, die Amplitude für die Teilchen, die sich von ihrem Startpunkt zum nächsten Treffpunkt bewegen, und so weiter, und multipliziert man mit der Amplitude für jeden Treffpunkt, erhält man eine Zahl, die die Gesamtamplitude für die Teilchen angibt, die das tun, was das Diagramm sagt. Wenn man all diese Wahrscheinlichkeitsamplituden über alle möglichen Treffpunkte und über alle Start- und Endpunkte mit einer entsprechenden Gewichtung addiert, erhält man die Gesamtwahrscheinlichkeitsamplitude für eine Kollision in einem Teilchenbeschleuniger, die die Gesamtwahrscheinlichkeit dieser Teilchen angibt, in einer bestimmten Richtung aufeinander zu prallen.

Feynman-Diagramme sind nach Richard Feynman benannt, der den Nobelpreis für Physik erhielt. Seine Diagramme sind sehr einfach im Fall der Quantenelektrodynamik (QED), wo es nur zwei Arten von Teilchen gibt: Elektronen (kleine Teilchen in Atomen) und Photonen (Lichtteilchen). In der QED kann nur ein Elektron (oder sein Antiteilchen) ein Photon emittieren (oder absorbieren), es gibt also nur einen Baustein für jede Kollision. Die Wahrscheinlichkeitsamplitude für die Emission ist sehr einfach – sie hat keinen Realteil, und der Imaginärteil ist die Ladung des Elektrons.