費曼圖與散射

頂點、傳播子與外線(vertices, propagators, and external legs)

每一張費曼圖,無論多複雜,都只由三種零件搭成,就像每個句子都由詞語搭成一樣。一旦你能叫出這三種零件的名字,你幾乎就能讀懂任何圖。它們是:外線(伸到圖邊緣外的線條)、頂點(線條相交的點),以及傳播子(連接一個頂點到另一個頂點的內部線)。可以把頂點想成「事件」,把傳播子想成事件之間的「橋」,把外線想成你真正以之開始、又以之結束的粒子。

每種零件在計算裡都有明確的職責。外線是進入或離開這個過程的真實粒子——束流中的電子、飛向探測器的光子。頂點是一次交互作用:比如某處一個電子發射出一個光子。這次交互作用的強度由耦合(coupling)決定,所以每個頂點都為答案貢獻一個耦合因子。傳播子則是內部的中間人,一個攜帶能量與動量、從一個頂點傳到下一個頂點的虛粒子;在數學上它貢獻的因子會在虛粒子接近成為真實的、在殼(on-shell)粒子時變大。把所有外線、頂點和傳播子的因子相乘,就得到這張圖的貢獻。

正是這種樂高式的結構讓費曼方法如此強大:同樣一小撮規則(每類頂點一條、每類傳播子一條),就能讓你拼裝並計算一個理論中的任何過程。在量子電動力學裡基本上只有一個頂點——一個電子、一個正電子和一個光子相交於一點——僅憑這一塊積木,你就能畫出所有電磁過程。一個值得記清的細節:外線是真實、可觀測的粒子,而傳播子是虛的、永遠無法被直接看到。

在一個電子被另一個電子散射的圖裡,進來的兩個電子和出去的兩個電子是四條外線,它們之間那一個光子是傳播子,而每個電子接觸到該光子的那兩個點是兩個頂點。三種零件,整個過程就交代清楚了。

四條外線、兩個頂點、一個傳播子——整張圖都讀出來了。

傳播子攜帶的是虛粒子,它們處於離殼狀態(不嚴格滿足通常的質能關係),且從不被直接觀測;只有外線才是真實、可測量的粒子。

又稱
the building blocks of a Feynman diagram顶点、传播子、外腿頂點、傳播子、外腿