基本介紹
- 中文名：企鵝圖
- 外文名：Penguin diagram
- 領域：量子力學
歷史,費曼圖,動機與歷史,其他名稱,味,另見,
歷史
1975年7月，三位俄羅斯理論物理學家Arkady Vainshtein、Valentin Zakharov和MikhailShifman在前蘇聯的專業物理學期刊JETP Letters上發表了一篇討論K介子衰變的論文，其中第一次計算了奇異夸克（strange quark）通過下面左圖所進行的單圈衰變過程。1995年10月，Mikhail Shifman教授在回憶20年前的這一重要工作時，把相應的費曼圖（Feynman diagram）簡化，這就是粒子物理學中著名的“企鵝圖”。
圖1.企鵝圖
圖1.企鵝圖費曼圖
費恩曼圖（英語：Feynman diagram）是美國物理學家理察·費曼（即費恩曼）在處理量子場論時提出的一種形象化的方法，描述粒子之間的相互作用、直觀地表示粒子散射、反應和轉化等過程。使用費恩曼圖可以方便地計算出一個反應過程的躍遷機率。
圖2.費曼圖
圖2.費曼圖在費恩曼圖中，粒子用線表示，費米子一般用實線，光子用波浪線，玻色子用虛線，膠子用圈線。一線與另一線的連線點稱為頂點。費恩曼圖的橫軸一般為時間軸，向右為正，向左代表初態，向右代表末態。與時間軸方向相同的箭頭代表正費米子，與時間軸方向相反的箭頭表示反費米子。
動機與歷史
粒子物理學中，計算散射反應截面積的難題簡化成加起所有可能存在的居間態振幅（每一個對應攝動理論又稱戴森級數的一個項）。用費恩曼圖表示這些狀態以，比了解當年冗長計算容易得多。從該系統的基礎拉格朗日量能夠得出費恩曼法則，費恩曼就是用該法則表明如何計算圖中的振幅。每一條內線對應虛粒子的分布函式；每一個線相遇頂點給出一個因子和來去的兩線，該因子能夠從相互作用項的拉格朗日量中得出，而線則約束了能量、動量和自旋。費恩曼圖因此是出現在戴森級數每一個項的因子的符號寫法。
但是，作為微擾的展開式，費恩曼圖不能包含非微擾效應。
除了它們在作為數學技巧的價值外，費恩曼圖為粒子的相互作用提供了深入的科學理解。粒子會在每一個可能的方式下相互作用：實際上，居間的虛粒子超越光速是允許的。（這是基於測不準原理，因深奧的理由而不違反相對論；事實上，超越光速對保留相對性時空的偶然性有幫助。）每一個終態的機率然後就從所有如此的機率中得出。這跟量子力學的泛函積分表述有密切關係，該表述（路徑積分表述）也是由費曼發明的。
如此計算如果在缺少經驗的情況下使用，通常會得出圖的振幅為無窮大，這個答案在物理理論中是不能接受的。問題在於粒子自身的相互作用被錯誤地忽視了。重整化的技巧（是由費曼、施溫格和朝永所開發的）彌補了這個效應並消除了麻煩的無窮大項。經過這樣的重整化後，用費曼圖做的計算通常能與實驗結果準確地吻合。
費恩曼圖及路徑積分法亦被套用於統計力學中。
