Feynman-Diagramm
Ein Feynman-Diagramm ist ein Diagramm, das zeigt, was passiert, wenn Elementarteilchen kollidieren.
Feynman-Diagramme werden in der Quantenmechanik verwendet. Ein Feynman-Diagramm hat Linien in verschiedenen Formen - gerade, gepunktet und verschnörkelt - die sich an Punkten treffen, die Eckpunkte genannt werden. Die Eckpunkte befinden sich dort, wo die Linien beginnen und enden. Die Punkte in Feynman-Diagrammen, an denen sich die Linien treffen, repräsentieren zwei oder mehr Teilchen, die sich zufällig zur gleichen Zeit am gleichen Punkt im Raum befinden. Die Linien in einem Feynman-Diagramm stellen die Wahrscheinlichkeitsamplitude für ein Teilchen dar, von einem Ort zum anderen zu gelangen.
In Feynman-Diagrammen können sich die Teilchen in der Zeit sowohl vorwärts als auch rückwärts bewegen. Wenn sich ein Teilchen in der Zeit rückwärts bewegt, spricht man von einem Antiteilchen. Die Treffpunkte für die Linien können auch vorwärts oder rückwärts in der Zeit interpretiert werden, so dass, wenn ein Teilchen in einem Treffpunkt verschwindet, bedeutet dies, dass das Teilchen entweder erzeugt oder zerstört wurde, je nachdem, aus welcher Zeitrichtung das Teilchen in die Zeit gekommen ist.
Alle Linien und Scheitelpunkte haben eine Amplitude. Wenn Sie die Wahrscheinlichkeitsamplitude für die Linien multiplizieren, die Amplitude, mit der die Teilchen von ihrem Startpunkt zum nächsten Treffpunkt gelangen, und so weiter, und ebenfalls mit der Amplitude für jeden Treffpunkt multiplizieren, erhalten Sie eine Zahl, die Ihnen die Gesamtamplitude angibt, mit der die Teilchen das tun, was sie laut Diagramm tun. Wenn Sie all diese Wahrscheinlichkeitsamplituden über alle möglichen Treffpunkte und über alle Start- und Endpunkte mit einem entsprechenden Gewicht aufaddieren, erhalten Sie die Gesamtwahrscheinlichkeitsamplitude für eine Kollision in einem Teilchenbeschleuniger, die Ihnen die Gesamtwahrscheinlichkeit angibt, mit der diese Teilchen in einer bestimmten Richtung aufeinander abprallen.
Feynman-Diagramme sind nach Richard Feynman, dem Nobelpreisträger für Physik, benannt. Seine Diagramme sind sehr einfach im Fall der Quantenelektrodynamik (QED), wo es nur zwei Arten von Teilchen gibt: Elektronen (kleine Teilchen im Inneren von Atomen) und Photonen (Lichtteilchen). Bei der QED kann nur ein Elektron (oder sein Antiteilchen) ein Photon emittieren (oder absorbieren), so dass es nur einen Baustein für jede Kollision gibt. Die Wahrscheinlichkeitsamplitude für die Emission ist sehr einfach - sie hat keinen Realteil, und der Imaginärteil ist die Ladung des Elektrons.
In diesem Feynman-Diagramm zerstören sich ein Elektron und ein Positron gegenseitig und erzeugen ein virtuelles Photon, das zu einem Quark-Antiquark-Paar wird. Dann strahlt man ein Gluon aus
Fragen und Antworten
F: Was ist ein Feynman-Diagramm?
A: Ein Feynman-Diagramm ist ein Diagramm, das zeigt, was passiert, wenn Elementarteilchen zusammenstoßen. Es besteht aus Linien in verschiedenen Formen - gerade, gepunktet und verschnörkelt -, die sich an Punkten treffen, die Scheitelpunkte genannt werden. Die Scheitelpunkte sind die Punkte, an denen die Linien beginnen und enden. Sie stellen zwei oder mehr Teilchen dar, die sich zufällig zur gleichen Zeit am gleichen Punkt im Raum befinden.
F: Was stellen die Linien in einem Feynman-Diagramm dar?
A: Die Linien in einem Feynman-Diagramm stellen die Wahrscheinlichkeit dar, mit der sich ein Teilchen von einem Ort zum anderen bewegt. Sie können auch vorwärts oder rückwärts in der Zeit interpretiert werden. Wenn also ein Teilchen in einem Treffpunkt verschwindet, bedeutet dies, dass das Teilchen je nach seiner zeitlichen Richtung entweder erschaffen oder zerstört wurde.
F: Wie berechnen Sie die Gesamtwahrscheinlichkeitsamplitude für eine Kollision?
A: Sie berechnen sie, indem Sie alle Wahrscheinlichkeitsamplituden für jede Linie und jeden Scheitelpunkt miteinander multiplizieren und dann diese Wahrscheinlichkeitsamplituden über alle möglichen Treffpunkte mit einem entsprechenden Gewicht addieren. So erhalten Sie die Gesamtwahrscheinlichkeitsamplitude für eine Kollision in einem Teilchenbeschleuniger, die Ihnen sagt, wie wahrscheinlich es ist, dass Teilchen in einer bestimmten Richtung aufeinander prallen.
F: Wer hat die Feynman-Diagramme erfunden?
A: Feynman-Diagramme wurden nach Richard Feynman benannt, der den Nobelpreis für Physik erhielt. Er entwickelte sie im Rahmen seiner Arbeit zur Quantenelektrodynamik (QED).
F: Welche Art von Teilchen sind an der QED beteiligt?
A: In der QED gibt es nur zwei Arten von Teilchen - Elektronen (kleine Teilchen in Atomen) und Photonen (Lichtteilchen). Das Einzige, was passieren kann, ist, dass ein Elektron (oder sein Antiteilchen) ein Photon emittieren (oder absorbieren) kann, es gibt also nur einen Baustein für jede Kollision.
F: Was bedeutet ein imaginärer Teil, wenn es um Emissionswahrscheinlichkeiten geht?
A: Ein Imaginärteil steht für die Ladung eines Elektrons, wenn es um Emissionswahrscheinlichkeiten in der QED-Theorie geht.
