费曼图物理学

Feynman图，一种表示基本粒子相互作用的图形方法，由美国理论物理学家Richard P. Feynman在1940年代和50年代发明。Feynman图是在量子电动力学理论的发展过程中引入的，用于可视化和计算电子和光子之间的电磁相互作用的影响，现在可以使用Feynman图来描述所有类型的粒子相互作用。

费曼图是二维表示，其中一个轴（通常是水平轴）被选择代表空间，而第二个（垂直）轴代表时间。直线用于描绘费米子-具有固有角动量（spin）的半整数值的基本粒子，例如电子（e ^-）-波浪线用于玻色子-具有自旋整数值的粒子，例如光子（ γ）。从概念上讲，费米子可以看作是“物质”粒子，它们会经受由玻色子交换产生的力的作用，所谓的“力载体”或场粒子。

在量子水平上，费米子的相互作用通过与物质基本相互作用有关的场粒子的发射和吸收而发生，特别是电磁力，强力和弱力。因此，基本相互作用在费曼图上显示为“顶点”，即三条线的交点。以这种方式，例如，电子的路径表现为连接到第三条波浪线的两条直线，在第三条波浪线上电子发射或吸收光子。（见图）。

费曼图被物理学家用来对任何给定过程的概率进行非常精确的计算，例如量子电动力学中的电子-电子散射。计算中必须包含与图中所示的所有线（代表传播的粒子）和所有顶点（代表交互作用）等效的项。另外，由于给定的过程可以由许多可能的费曼图表示，因此每个可能的图的贡献必须输入到特定过程将发生的总概率的计算中。这些计算结果与实验测量结果的比较显示出了非凡的准确性，在某些情况下达到了9个有效数字。

最简单的费曼图仅涉及两个顶点，分别表示场粒子的发射和吸收。（参见图）。在该图中的电子（E ^- ）在V发射光子₁，然后该光子被吸收稍晚由另一电子在V ₂。光子的发射使第一电子在空间中反冲，而光子能量和动量的吸收导致第二电子的路径发生可比的偏转。这种相互作用的结果是粒子在空间中彼此远离。

费曼图的一个有趣特征是，反粒子表示为随时间向后移动的普通物质粒子，也就是说，箭头在描绘它们的直线上反转了。例如，在另一种典型的相互作用中（如图所示），电子与其反粒子正电子（e ⁺）发生碰撞，并且两者均被ni灭。光子被碰撞创建，并且它随后形成在空间中的两个新的粒子：μ子（μ ^- ）和它的反粒子，一个antimuon（μ ⁺）。在这种相互作用的图中，两个反粒子（e ⁺和μ ⁺）都表示为它们对应的粒子在时间上向后移动（朝过去）。