Διάγραμμα Φάινμαν

Τα Διαγράμματα Φάινμαν, επινόηση του νομπελίστα Αμερικανού φυσικού Ρίτσαρντ Φάινμαν, είναι ένα απλός και πρακτικός τρόπος να παρασταθούν πυρηνικές αντιδράσεις. Σε αυτά, οι τροχιές των σωματιδίων περιγράφονται με γραμμές, που έχουν φορά στο χώρο και το χρόνο, ενώ οι αλληλεπιδράσεις με κόμβους, δηλαδή τομές μεταξύ των χωροχρονικών γραμμών.

Τα διαγράμματα αυτά χρησιμεύουν στην διευκόλυνση υπολογισμού μεγεθών, όπως του πλάτους πιθανότητας μία αντίδρασης και του υπολογισμού της ενεργού διατομής της.

Πιο τεχνικά, τα διαγράμματα Φάινμαν είναι μία διδιάστατη χωροχρονική απεικόνιση των πλατών μετάβασης, όπως αυτά διαμορφώνονται υπό την επίδραση ενός πεδίου χρησιμοποιώντας την θεωρία διαταραχών για ορισμένη τάξη διόρθωσης.

Σε αυτό το διάγραμμα Φάινμαν, ένα ηλεκτρόνιο αλληλεπιδρά με ένα άλλο ηλεκτρόνιο μέσω της ανταλλαγής ενός εικονικού φωτονίου.

Περιγραφή

Αναλυτικότερα, ένα διάγραμμα Φάινμαν έχει δύο άξονες, έναν χωρικό και έναν χρονικό. Επιλέγεται συνήθως ο χωρικός να είναι ο κατακόρυφος και ο χρονικός ο οριζόντιος, αλλά μπορεί να γίνει και η αντίθετη επιλογή. Τα σωματίδια σε αυτό, παρουσιάζονται ως γραμμές με φορά, ενώ οι αλληλεπιδράσεις με έναν κόμβο τουλάχιστον τριών γραμμών, δύο του σωματιδίου (μία όταν εισέρχεται και μία όταν εξέρχεται) και μία του σωματιδίου της αλληλεπίδρασης. Τα σωματίδια-κβάντα των ηλεκτρασθενών αλληλεπιδράσεων, δηλαδή τα φωτόνια, τα Z και τα W, συμβολίζονται με μία κυματιστή γραμμή, ενώ τα γλουόνια της ισχυρής αλληλεπίδρασης με ελατήρια.

Πρέπει να τονισθεί σε αυτό το σημείο ότι τα διαγράμματα Φάινμαν είναι βοηθητικά εργαλεία και για αυτό πολλές φορές δεν απαιτείται ακρίβεια στον σχηματισμό τους. Για παράδειγμα στην διπλανή εικόνα με την αλληλεπίδραση ηλεκτρονίου-ηλεκτρονίου, το φωτόνιο παρουσιάζεται το διάγραμμα με κατακόρυφη γραμμή. Αν αυτό το θεωρούσαμε πλήρως ακριβές, θα σήμαινε ότι το φωτόνιο αυτό έχει άπειρη ταχύτητα, αφού σε μηδενικό χρόνο, μετακινήθηκε σε άλλο σημείο του χώρου, αλλά προφανώς αυτό δεν μπορεί να γίνει λόγω της αρχής της σχετικότητας. Ουσιαστικά η επιλογή να σχηματιστεί το φωτόνιο κατακόρυφα κρύβει εδώ την πληροφορία ότι δεν ξέρουμε (δεν μας ενδιαφέρει κιόλας) ποιο ηλεκτρόνιο εξέπεμπψε το φωτόνιο.