费曼图与散射

费曼图(Feynman diagram)

/ FY-num /

想象你要把两颗台球互相擦撞的所有可能方式都记账下来,只不过这两颗「球」是亚原子粒子,它们还能发射、吸收,甚至短暂地变成别的粒子。你需要一种清晰的方式,把每一种可能发生的「故事」画出来。费曼图正是如此:它是物理学家理查德·费曼在20世纪40年代末发明的一种简单图示,其中线条代表运动中的粒子,线条相交的点代表相互作用。时间通常沿页面朝一个方向流动,所以你几乎可以像读连环画一样读懂一次碰撞。

关键在于,费曼图并不是粒子在空间中真实路径的照片。它是一套精确的数学速记。图中的每一部分都对应计算里的一个特定因子:每条线、每个相交点都对应一个要相乘的数,整张图算出来就是某个过程振幅的一份贡献。于是物理学家会把从一组起始粒子通向一组终态粒子的所有图都画出来,为每张图写下对应的数学表达式,把它们加起来,再把总和平方,得到一个概率。图和方程是同一件事的两个面。

费曼图改变了粒子物理学,因为它把令人生畏的复杂计算变得有条理,甚至变得直观。它是用来预言散射率、衰变率,以及那些已被惊人精度证实的微小量子修正的日常工作语言。一个常见的误解是把图中内部的波浪线读成真实粒子在真正地穿行;内部线代表的是虚粒子,那是一种计算手段,而不是你能在探测器里抓到的小物体。

两个电子相互排斥的最简单的图,画的是两条入射电子线、每条各引出一条出射线,以及在它们之间传递的一条波浪状光子线。读法是:两个电子交换了一个光子,而这次交换就是电磁排斥。这一张小图,就是同种电荷为何相互推开的整个领头阶故事。

两个电子交换一个光子——把排斥画了出来。

费曼图是计算中某一项的助记符号,而不是真实的轨迹;内部线是虚粒子,并非你能直接观测到的物体。

又称
Feynman graph费曼图費曼圖