Diagrama de Feynman, um método gráfico de representação das interações das partículas elementares, inventado nos anos 40 e 50 pelo físico teórico americano Richard P. Feynman. Introduzido durante o desenvolvimento da teoria da electrodinâmica quântica como auxiliar na visualização e cálculo dos efeitos das interacções electromagnéticas entre electrões e fotões, os diagramas de Feynman são agora utilizados para representar todos os tipos de interacções de partículas.
Encyclopædia Britannica, Inc. (e-).
Um diagrama de Feynman é uma representação bidimensional na qual um eixo, geralmente o eixo horizontal, é escolhido para representar o espaço, enquanto o segundo eixo (vertical) representa o tempo. As linhas rectas são usadas para representar partículas de fermiões-fundamentais com valores meio-inteiros de momento angular intrínseco (spin), tais como electrões (e-)-e linhas onduladas são usadas para bósons-partículas com valores inteiros de spin, tais como fótons (γ). A um nível conceptual, os férmions podem ser considerados como partículas de “matéria”, que experimentam o efeito de uma força decorrente da troca de bósons, o chamado “transportador de força”, ou campo, partículas.
A nível quântico, as interacções dos férmions ocorrem através da emissão e absorção das partículas de campo associadas às interacções fundamentais da matéria, em particular a força electromagnética, a força forte, e a força fraca. A interação básica portanto aparece em um diagrama de Feynman como um “vértice”, ou seja, uma junção de três linhas. Desta forma, o caminho de um elétron, por exemplo, aparece como duas linhas retas ligadas a uma terceira linha, ondulada, onde o elétron emite ou absorve um fóton. (Veja a figura.)
Diagramas de Feynman são usados por físicos para fazer cálculos muito precisos da probabilidade de um determinado processo, como a dispersão do elétron-eletron, por exemplo, em eletrodinâmica quântica. Os cálculos devem incluir termos equivalentes a todas as linhas (representando partículas propagadoras) e todos os vértices (representando interações) mostrados no diagrama. Além disso, como um determinado processo pode ser representado por muitos possíveis diagramas de Feynman, as contribuições de cada diagrama possível devem ser inseridas no cálculo da probabilidade total de ocorrência de um determinado processo. A comparação dos resultados destes cálculos com as medidas experimentais revelou um nível extraordinário de precisão, com concordância com nove dígitos significativos em alguns casos.
Os diagramas mais simples de Feynman envolvem apenas dois vértices, representando a emissão e absorção de uma partícula de campo. (Veja a figura.) Neste diagrama um elétron (e-) emite um fóton em V1, e este fóton é então absorvido ligeiramente mais tarde por outro elétron em V2. A emissão do fóton faz com que o primeiro elétron retroceda no espaço, enquanto a absorção da energia e momento do fóton causa uma deflexão comparável no caminho do segundo elétron. O resultado desta interação é que as partículas se afastam uma da outra no espaço.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Uma característica intrigante dos diagramas de Feynman é que as antipartículas são representadas como partículas de matéria comum que se movem para trás no tempo, ou seja, com a cabeça da seta invertida nas linhas que as retratam. Por exemplo, em outra interação típica (mostrada na figura), um elétron colide com sua antipartícula, um positron (e+), e ambos são aniquilados. Um fóton é criado pela colisão, e posteriormente forma duas novas partículas no espaço: um múon (μ-) e sua antipartícula, um antimúon (μ+). No diagrama desta interação, ambas as antipartículas (e+ e μ+) são representadas como suas correspondentes partículas se movendo para trás no tempo (em direção ao passado).
Encyclopædia Britannica, Inc.
Diagramas de Feynman mais complexos, envolvendo a emissão e absorção de muitas partículas, também são possíveis, como mostra a figura. Neste diagrama dois elétrons trocam dois fótons separados, produzindo quatro interações diferentes em V1, V2, V3 e V4, respectivamente.