Physic Labs

Vật lý hạt cơ bản

Giản đồ Feynman và ma trận S

Khảo sát cấu trúc bên trong của giản đồ Feynman — đỉnh và đường truyền — rồi thay đổi cường độ tương tác và thang năng lượng để xem biên độ phản ứng như M∝e\mathcal{M} \propto e mỗi đỉnh và ∝1/q2\propto 1/q^2 qua propagator.

Nghiên cứu

Dụng cụ

  • Canvas 3D xoay được vẽ đường fermion và đường lượn sóng của boson trao đổi
  • Thanh trượt « Cường độ » — hằng số ghép tại đỉnh
  • Thanh trượt « Thang năng lượng » — độ lớn truyền xung lượng
  • Nút « Tạm dừng » và « Đặt lại góc nhìn »

Các bước tiến hành

  1. Xoay và nhận diện cấu trúc giản đồ

    Kéo canvas để xoay góc nhìn: nhận ra hai đường fermion vào và ra cùng đường lượn sóng của boson trao đổi nối hai đỉnh. Mỗi đỉnh là một sự kiện phát hoặc hấp thụ lượng tử; bấm « Đặt lại góc nhìn » nếu mất phương hướng.

  2. Đổi cường độ ghép và suy luận chuỗi nhiễu loạn

    Kéo « Cường độ » và tạm dừng để quan sát đỉnh. Với hai đỉnh, biên độ tỉ lệ e2e^2 tức hằng số cấu trúc tinh tế α=e2/(4πε0ℏc)≈1/137\alpha = e^2/(4\pi\varepsilon_0\hbar c) \approx 1/137; suy ra vì sao giản đồ bậc cao hơn đóng góp ngày càng nhỏ.

  3. Đổi thang năng lượng và vai trò của propagator

    Quét « Thang năng lượng » để thay đổi xung lượng truyền qq của boson ảo. Nhớ rằng propagator photon đi như 1/q21/q^2: quá trình truyền xung lượng nhỏ chiếm ưu thế. So sánh với giản đồ bạn vẽ tay và gán cho mỗi yếu tố một nhân tử trong M\mathcal{M}.

Mô phỏng

Lịch sử thí nghiệm

Năm 1949 Richard Feynman công bố phương pháp giản đồ không-thời gian trong bài « The Theory of Positrons » và « Space-Time Approach to Quantum Electrodynamics », biến phép tính QED cồng kềnh thành quy tắc trực quan gắn với hình vẽ. Freeman Dyson chứng minh cùng năm rằng cách làm của Feynman tương đương với hình thức luận toán tử của Julian Schwinger và Sin-Itiro Tomonaga; cả ba nhận Nobel 1965. Khái niệm ma trận S — toán tử nối trạng thái tiệm cận vào và ra — do John Wheeler đề xuất năm 1937 và Werner Heisenberg phát triển năm 1943. Giản đồ Feynman chính là ngôn ngữ tính từng số hạng của ma trận S theo chuỗi nhiễu loạn, và ngày nay mở rộng ra mọi tương tác của mô hình chuẩn.

Nhà vật lý liên quan

Chủ đề liên quan trong thư viện