企鵝圖

在量子場論中，企鵝圖是一類費曼圖，對於理解標準模型中的CP破壞過程很重要。它們是指夸克暫時改變味的單循環過程（通過W或Z循環），味道變化的夸克參與某種樹相互作用，通常是強相互作用。對於某些夸克味，相互作用幅度比其他夸克味更大的相互作用，如CP破壞或Higgs相互作用，這些企鵝進程的幅度可能與直接樹進程的幅度相當甚至更大。輕子衰變可以繪製類似的圖。

基本介紹

• 中文名：企鵝圖
• 外文名：Penguin diagram
• 領域：量子力學

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

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

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。

其他名稱

默里·蓋爾曼一直將費恩曼圖稱為斯蒂克爾堡圖(Stückelberg diagrams)，因為瑞士物理學家厄恩斯特·斯蒂克爾堡(Ernst Stückelberg)發明了一個相近的圖。

歷史上他們也曾被叫成費恩曼-戴森圖或戴森圖。

味

在粒子物理學中，味或風味（英文︰Flavour）是基本粒子的一種量子數。在量子色動力學中，味是一種總體對稱。另一方面，在電弱理論中，這種對稱被打破，因此存在味變過程，例如夸克衰變或中微子振盪。

如果有兩種以上的粒子擁有相同的相互作用，那么它們可以在不影響物理的情況下互相交換。只要兩者成正交或互相垂直，這兩種粒的任何（複數）線性組合，都會有著相同的物理。換句話說，該理論擁有對稱變換，例如，其中u及d是兩種場，而M則是任何行列式為1的2 × 2么正矩陣。這樣的矩陣組成一種叫SU(2)的李群。這是味對稱的一個例子。

“味”這個詞最早在1968年所創，用於強子的夸克模型。

另見

• 弱相互作用、CKM矩陣及CP破壞
• 量子色動力學、強CP問題及手征性
• 夸克、輕子及強子