费曼图与散射
微扰论的阶(the order of perturbation theory)
假设你要把一长串数字加起来,其中每个数都比前一个小一百倍:先是1,然后0.01,再是0.0001,依此类推。你不需要整个无穷的列表就能得到极好的答案;头几项已经算准了,因为其余的可以忽略不计。这就是微扰论(perturbation theory)的精神:当耦合很小时,完整的答案是一系列迅速变小的贡献之和,而你只保留头几项。所谓「阶」,不过是你深入到第几项。
用费曼图的语言说,阶与一张图带有多少顶点(从而带有多少次方的耦合)挂钩。顶点最少、最简单的图叫做领头阶(leading order)——主导性的贡献。再加上下一批稍微复杂些的图,你就得到次领头阶(next-to-leading order),一种细化;再往下是次次领头阶,依此类推。每一步都加入更小的修正和更多的图,让预言更锐利。走向更高阶,正是物理学家把计算逼到与越来越精密的测量相符的办法。
微扰论是粒子物理学的主力,但它有一个诚实的极限:只有当耦合小到后面的项真的微不足道时,它才有效。对电磁力和弱相互作用而言,这套办法运转得极好。对低能下的强相互作用,耦合很大,级数无法收敛安定下来,物理学家就必须改用别的方法,比如格点(lattice)计算。所以微扰论的阶,既是你用功多少的标尺,也提醒着我们:这套方法本身只适用于旋钮拧得很低的地方。
当实验人员在大型强子对撞机上测量两个质子生成一个希格斯玻色子的频率时,理论家会提供一个算到次次领头阶——深入三项——的预言。之所以非走到这一步不可,是因为强相互作用在每一阶的修正都相当可观,只有把它们都纳入,预言才精确到足以被检验。
深入三项,以匹配一次真实的测量。
微扰论只在耦合很小时有效;对低能下的强相互作用它会失效,必须改用格点量子色动力学等非微扰方法。
又称
另见