量子電動力學

電子-光子頂點

把整個量子電動力學想像成由一塊樂高積木搭成。那塊積木就是頂點:一條電子線遇上一條光子線的那一刻。它代表量子電動力學中唯一的基本事件——一個電子發射一個光子,或吸收一個光子,又或者(從另一個角度看同一個交點)一個電子和一個正電子相遇並變成一個光子。量子電動力學能描述的任何過程,無論多麼繁複,都是把這塊積木的一個個副本拼接起來搭成的。

在每個頂點,計算都會附上一個固定的因子,編碼交互作用的強度——本質上就是電子電荷 e,也就是給出精細結構常數的那個量。規則還要求每個頂點都嚴格記帳:流入的電荷等於流出的電荷,能量和動量在交點處守恆。單獨一個頂點,若三條線都是實的,其實不可能發生,因為那會違反能量-動量守恆;只有當頂點被接進一個完整過程、其中至少一條線是虛的時,它才真正活起來。

只有一種頂點,其威力是巨大的。由於量子電動力學的整個交互作用就是這一個交點配上它唯一的強度因子,數頂點就成了物理學家組織計算的方式:每多一對頂點,就再乘一個小耦合的因子,所以頂點越多,修正就越小、越精細。量子電動力學頂點的簡潔——一個電子、一個光子、一個數——正是這套理論如此乾淨的原因,也是其他每一個規範理論都試圖模仿的特徵。

兩個電子最簡單的散射恰好用到兩個頂點:第一個電子在第一個頂點發射一個虛光子,第二個電子在第二個頂點吸收它。兩塊積木,用一個光子接起來,你就得到了它們之間電斥力的領頭描述。

兩個頂點加一個光子:電子之間最簡單的量子電動力學交互作用。

三條線全為實粒子的單個頂點被能量-動量守恆所禁止,所以頂點從不單獨出現——它們只存在於更大的圖裡、彼此相連。

又稱
QED vertex顶点頂點