Feynman-diagrammi

Feynman-diagrammi on kaavio, joka osoittaa, mitä tapahtuu, kun alkeishiukkaset törmäävät.

Tässä Feynman-diagrammissa elektroni ja positroni tuhoavat toisensa tuottaen virtuaalisen fotonin, joka muuttuu kvarkki-antikvarkkipariksi. Sitten toinen säteilee gluonia

Feynmanin kaavioita käytetään kvanttimekaniikassa. Feynman-diagrammissa on erimuotoisia 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. Feynman-diagrammin viivat edustavat hiukkasen todennäköisyysamplitudia siirtyä paikasta toiseen.

Feynman-diagrammeissa hiukkasten sallitaan siirtyä 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 syntyi tai tuhoutui, riippuen siitä, mistä ajallisesta suunnasta hiukkanen tuli.

Kaikilla viivoilla ja kärkipisteillä on amplitudi. Kun kerrotaan viivojen todennäköisyysamplitudi, amplitudi sille, että hiukkaset kulkevat sieltä, mistä ne alkavat, sinne, missä ne kohtaavat, ja seuraavaan kohtaamispisteeseen ja niin edelleen, ja kerrotaan myös amplitudi jokaiselle kohtaamispisteelle, saadaan luku, joka kertoo hiukkasten kokonaisamplitudin sille, että ne voivat tehdä sen, mitä kaaviossa sanotaan niiden tekevän. Jos lasketaan yhteen kaikki nämä todennäköisyysamplitudit kaikissa mahdollisissa kohtaamispisteissä ja kaikissa alku- ja loppupisteissä sopivalla painolla, saadaan hiukkaskiihdyttimessä tapahtuvan törmäyksen kokonaistodennäköisyysamplitudi, joka kertoo näiden hiukkasten kokonaistodennäköisyyden törmätä toisiinsa mihinkään tiettyyn suuntaan.

Feynmanin diagrammit on nimetty fysiikan Nobel-palkinnon saaneen Richard Feynmanin mukaan. Hänen diagramminsa 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 yhteentörmäyksiä varten on vain yksi rakenneosa. Emission todennäköisyysamplitudi on hyvin yksinkertainen – sillä ei ole reaaliosaa, ja imaginääriosa on elektronin varaus.