費因曼圖是量子電動力學，屬於一切過程均可用費因曼圖表示 。
基本介紹
- 中文名：費因曼圖
- 提出：R.P.費因曼
- 學說：量子電動力學
- 特點：一切過程均可用費因曼圖表示
簡介,內容,圖解方法,
簡介
形象化表示粒子相互作用過程的圖示法。由R.P.費因曼提出。在量子電動力學中，一切過程均可用費因曼圖表示 。圖中由下至上表示時間流逝的方向；波線代表光子，帶箭頭的實線代表電子，順箭頭方向運動的是電子，逆箭頭方向運動的是電子的反粒子正電子；兩條實線和一條波線的聯接點稱為頂點，其中一條實線箭頭指向頂點，另一條實線箭頭離開頂點，每個頂點代表一個作用點；內線是虛粒子，外線才是實際觀察到的實粒子。左圖表示的是電子與電子的散射 ，右圖表示的是電子對湮沒成兩個光子。 圖片 費因曼圖不僅有明確的物理含義，而且有嚴格的數學含義。每一幅圖實際上也是一個明確的數學式子。利用費因曼圖可以系統而方便地計算粒子過程的機率。在量子場論中費因曼圖也可用來表示弱作用和強作用過程。 表達量子場論計算中指定項的圖，有美國物理學家R.費因曼於1940年代發明。每條線和線之間的結點都有精確地數學等價物。費因曼圖已推廣用於粒子物理學和固體物理學的計算。任何物理過程都對應無限個圖，而實際的計算僅用其中最簡單的一個。所涉及的數學分支稱為攝動理論。
費因曼圖
費因曼圖內容
在量子場論微擾論中所用的一種圖解法。在量子場論中，系統的總哈密頓量Hi（能量算符）包括自由場哈密頓量Hf和相互作用哈密頓量Hi兩部分：H=Hf+Hi。忽略各場之間相互作用時的哈密頓量稱為自由場哈密頓量Hf，而場之間的相互作用由相互作用哈密頓量Hi來描述。Hi中包含一個係數，稱為耦合常數，它描述這種相互作用的強弱程度。由Hi可構成S 矩陣,與具體物理過程的初末態相聯繫的S 矩陣元決定著這一特定物理過程的躍遷幾率。在S 矩陣元中，提出一個反映由初態向末態轉化過程中能量動量守恆的因子δ4(∑p)後，便得到M矩陣元,具體物理過程的躍遷幾率直接與|M|2成比例。一個重要而又困難的問題是建立一種計算方法，去具體計算各種反應的M矩陣元。在量子電動力學中，Hi的耦合常數就是電荷e，它的二次方給出精細結構常數α=2πe2/(hс)≈1/137。M矩陣可以按電荷e展開而且因為α很小，如果Mn不無限增大，那么只要計算前幾項就足以描寫反應過程了。這種計算方法稱為微擾論。
圖解方法
R.P.費因曼提出一種圖解方法（即費因曼圖），把M矩陣的每一項都與一定的費因曼圖聯繫起來，由確定的圖，可以根據費因曼規則，很快地寫出相應矩陣元的表達式，而且由費因曼圖可以清楚地得出這過程的物理解釋。在量子電動力學中，在費因曼圖里用一根帶箭頭的實線代表電子，帶反箭頭的實線代表正電子，虛線代表光子，電子、正電子和光子的每一次相互作用都用交於一點的兩根實線（箭頭分別指向和指離交點）和一根虛線來描寫，這交點稱為作用頂點。代表初態或末態的線只有一頭連線頂點，稱為外線，而介於兩個頂點之間的線稱為內線，內線描寫傳遞相互作用的中間過程的粒子，稱為虛粒子。在任一費因曼圖中，沿實線箭頭方向移動，實線或者聯成圈，或者由外線引向另一外線，它不會在任一頂點終止，這反映了在反應過程中電子數是守恆的。費因曼圖的頂點數目稱為費因曼圖的級數，n級費因曼圖代表M矩陣展開式中Mn的一項。例如兩個電子的散射過程，它的二級費因曼圖，如圖所示，它描寫一個電子先放出一個光子，這帶有一定能量動量的光子傳遞到另一電子，並被後一電子所吸收。這樣，兩個電子的電磁散射，不是它們的直接作用，也不是超距作用，而是由電子場與電磁場的相互作用，通過發射和吸收光子的過程來實現的。作為中間過程的光子，它被發射以後很快被第二個電子所吸收，它與可以被實驗儀器直接觀測到的物理光子不同，稱為虛光子。利用費因曼發展起來的這套方法，可以系統而方便地計算各種電磁過程幾率，而且物理意義十分明確。這種方法也可以用於其他量子場論。
