ファインマン図とは、1940年代から50年代にかけてアメリカの理論物理学者リチャード・P・ファインマンが考案した素粒子の相互作用を表す図法である。
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ファインマン図とは、一方の軸（通常は横軸）が空間を表し、第2（縦）軸が時間を表す2次元の表現である。 電子(e-)のような半整数の固有角運動量(スピン)を持つ基本粒子であるフェルミオンには直線が、光子(γ)のような整数のスピンを持つ粒子であるボゾンには波線が使われる。
量子レベルでは、フェルミオンの相互作用は、特に電磁力、強い力、弱い力といった物質の基本的な相互作用に関連した場の粒子の放出と吸収を通じて起こる。 したがって、ファインマンダイアグラムでは、基本的な相互作用は「頂点」、すなわち3本の線の接合部分として現れる。 例えば、電子の軌道は、2本の直線と、電子が光子を放出または吸収する波打った3本目の直線とで結ばれているように見える。 (図参照)
ファインマン図は、物理学者が、例えば量子電気力学における電子-電子散乱など、任意のプロセスの確率の非常に正確な計算を行うために使用されています。 この計算には、図に示されたすべての線（粒子の伝播）とすべての頂点（相互作用）に相当する項が含まれる必要がある。 また、ある過程が多くの可能なファインマン図によって表現されるため、ある過程が起こる総確率の計算には、すべての可能な図の寄与を入力する必要がある。 これらの計算結果を実験的な測定結果と比較した結果、いくつかのケースでは有効数字9桁まで一致するという、驚異的な精度が明らかになりました。 今すぐ購読
最も単純なファインマン図には2つの頂点しかなく、電界粒子の放出と吸収を表しています。 (この図では、電子(e-)はV1で光子を放出し、この光子は少し遅れてV2で別の電子に吸収されます。 光子の放出により、1番目の電子は空間に反跳し、光子のエネルギーと運動量の吸収により、2番目の電子の軌道は同じように偏向します。
ファインマン図の興味深い特徴の一つは、反粒子が通常の物質粒子の時間的後退として、つまり矢印の頭を逆にして描かれることです。 例えば、図のような典型的な相互作用では、電子がその反粒子である陽電子（e+）と衝突し、両者が対消滅する。 この衝突によって光子が生成され、その光子は空間中でミューオン（μ-）とその反粒子であるアンチミューオン（μ+）という2つの新しい粒子を形成します。 この相互作用の図では、両方の反粒子（e+とμ+）は、対応する粒子が時間的に後ろ（過去に向かって）移動するものとして表されています。
多くの粒子の放出と吸収を含む、より複雑なファインマン図も可能で、図に示すように、多くの粒子の放出と吸収があります。 この図では、2個の電子が2個の別々の光子を交換し、それぞれV1、V2、V3、V4で4種類の相互作用を生じている。
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Electron-Positron loop.