Britannica Quiz

All About Physics Quiz

Hvem var den første videnskabsmand, der gennemførte et eksperiment med en kontrolleret nuklear kædereaktion? Hvad er måleenheden for cyklusser pr. sekund? Test din fysikforståelse med denne quiz.

Et Feynman-diagram er en todimensionel fremstilling, hvor den ene akse, som regel den vandrette akse, er valgt til at repræsentere rummet, mens den anden (lodrette) akse repræsenterer tiden. Lige linjer bruges til at afbilde fermioner – fundamentale partikler med halvt hele værdier af iboende impulsmoment (spin), som f.eks. elektroner (e-) – og bølgelinjer bruges til bosoner – partikler med hele værdier af spin, som f.eks. fotoner (γ). På et begrebsmæssigt niveau kan fermioner betragtes som “materie”-partikler, der oplever virkningen af en kraft, der opstår ved udveksling af bosoner, såkaldte “kraftbærende” eller feltpartikler.

På kvanteplan sker fermionernes vekselvirkninger gennem udsendelse og absorption af de feltpartikler, der er forbundet med materiens fundamentale vekselvirkninger, især den elektromagnetiske kraft, den stærke kraft og den svage kraft. Den grundlæggende vekselvirkning optræder derfor på et Feynman-diagram som en “vertex” – dvs. et kryds af tre linjer. På denne måde fremstår f.eks. en elektrons vej som to lige linjer, der er forbundet med en tredje, bølget linje, hvor elektronen udsender eller absorberer en foton. (Se figuren.)

Feynman-diagrammer bruges af fysikere til at foretage meget præcise beregninger af sandsynligheden for en given proces, som f.eks. elektron-elektron-spredning, i kvanteelektrodynamikken. Beregningerne skal omfatte termer, der svarer til alle linjerne (som repræsenterer de partikler, der udbreder sig) og alle hjørnerne (som repræsenterer vekselvirkningerne), der er vist i diagrammet. Da en given proces kan repræsenteres af mange mulige Feynman-diagrammer, skal bidragene fra hvert muligt diagram desuden indgå i beregningen af den samlede sandsynlighed for, at en bestemt proces vil finde sted. Sammenligning af resultaterne af disse beregninger med eksperimentelle målinger har afsløret en ekstraordinær grad af nøjagtighed, med overensstemmelse med ni signifikante cifre i nogle tilfælde.

De enkleste Feynman-diagrammer omfatter kun to hjørner, der repræsenterer emissionen og absorptionen af en feltpartikel. (Se figuren.) I dette diagram udsender en elektron (e-) en foton ved V1, og denne foton bliver lidt senere absorberet af en anden elektron ved V2. Emissionen af fotonen får den første elektron til at rekylere tilbage i rummet, mens absorptionen af fotonens energi og impuls forårsager en tilsvarende afbøjning i den anden elektrons bane. Resultatet af denne vekselvirkning er, at partiklerne bevæger sig væk fra hinanden i rummet.

Et spændende træk ved Feynman-diagrammer er, at antipartikler repræsenteres som almindelige stofpartikler, der bevæger sig baglæns i tiden – dvs. med pilespidsen omvendt på de linjer, der afbilder dem. For eksempel kolliderer en elektron i en anden typisk vekselvirkning (vist i figuren) med sin antipartikel, en positron (e+), og begge annihileres. Ved kollisionen opstår der en foton, som efterfølgende danner to nye partikler i rummet: en myon (μ-) og dens antipartikel, en antimuon (μ+). I diagrammet for denne vekselvirkning er begge antipartikler (e+ og μ+) repræsenteret som deres tilsvarende partikler, der bevæger sig tilbage i tiden (mod fortiden).

Mere komplekse Feynman-diagrammer, der involverer emission og absorption af mange partikler, er også mulige, som vist i figuren. I dette diagram udveksler to elektroner to separate fotoner, hvilket giver fire forskellige vekselvirkninger ved henholdsvis V1, V2, V3 og V4.