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企鵝圖
鎖定
- 中文名
- 企鵝圖
- 外文名
- Penguin diagram
- 領 域
- 量子力學
企鵝圖歷史
1975年7月,三位俄羅斯理論物理學家Arkady Vainshtein、Valentin Zakharov和MikhailShifman在前蘇聯的專業物理學期刊JETP Letters上發表了一篇討論K介子衰變的論文,其中第一次計算了奇異夸克(strange quark)通過下面左圖所進行的單圈衰變過程。1995年10月,Mikhail Shifman教授在回憶20年前的這一重要工作時,把相應的費曼圖(Feynman diagram)簡化,這就是粒子物理學中著名的“企鵝圖”。
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企鵝圖費曼圖
費恩曼圖(英語:Feynman diagram)是美國物理學家理查德·費曼(即費恩曼)在處理量子場論時提出的一種形象化的方法,描述粒子之間的相互作用、直觀地表示粒子散射、反應和轉化等過程。使用費恩曼圖可以方便地計算出一個反應過程的躍遷概率。
在費恩曼圖中,粒子用線表示,費米子一般用實線,光子用波浪線,玻色子用虛線,膠子用圈線。一線與另一線的連接點稱為頂點。費恩曼圖的橫軸一般為時間軸,向右為正,向左代表初態,向右代表末態。與時間軸方向相同的箭頭代表正費米子,與時間軸方向相反的箭頭表示反費米子。
企鵝圖動機與歷史
粒子物理學中,計算散射反應截面積的難題簡化成加起所有可能存在的居間態振幅(每一個對應攝動理論又稱戴森級數的一個項)。用費恩曼圖表示這些狀態以,比了解當年冗長計算容易得多。從該系統的基礎拉格朗日量能夠得出費恩曼法則,費恩曼就是用該法則表明如何計算圖中的振幅。每一條內線對應虛粒子的分佈函數;每一個線相遇頂點給出一個因子和來去的兩線,該因子能夠從相互作用項的拉格朗日量中得出,而線則約束了能量、動量和自旋。費恩曼圖因此是出現在戴森級數每一個項的因子的符號寫法。
但是,作為微擾的展開式,費恩曼圖不能包含非微擾效應。
除了它們在作為數學技巧的價值外,費恩曼圖為粒子的相互作用提供了深入的科學理解。粒子會在每一個可能的方式下相互作用:實際上,居間的虛粒子超越光速是允許的。(這是基於測不準原理,因深奧的理由而不違反相對論;事實上,超越光速對保留相對性時空的偶然性有幫助。)每一個終態的概率然後就從所有如此的概率中得出。這跟量子力學的泛函積分表述有密切關係,該表述(路徑積分表述)也是由費曼發明的。
如此計算如果在缺少經驗的情況下使用,通常會得出圖的振幅為無窮大,這個答案在物理理論中是不能接受的。問題在於粒子自身的相互作用被錯誤地忽視了。重整化的技巧(是由費曼、施温格和朝永所開發的)彌補了這個效應並消除了麻煩的無窮大項。經過這樣的重整化後,用費曼圖做的計算通常能與實驗結果準確地吻合。
費恩曼圖及路徑積分法亦被應用於統計力學中。
企鵝圖其他名稱
默裏·蓋爾曼一直將費恩曼圖稱為斯蒂克爾堡圖(Stückelberg diagrams),因為瑞士物理學家厄恩斯特·斯蒂克爾堡(Ernst Stückelberg)發明了一個相近的圖。
企鵝圖味
如果有兩種以上的粒子擁有相同的相互作用,那麼它們可以在不影響物理的情況下互相交換。只要兩者成正交或互相垂直,這兩種粒的任何(複數)線性組合,都會有着相同的物理。換句話説,該理論擁有對稱變換,例如
,其中u及d是兩種場,而M則是任何行列式為1的2 × 2幺正矩陣。這樣的矩陣組成一種叫SU(2)的李羣。這是味對稱的一個例子。
企鵝圖另見
- 參考資料
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- 1. Hartmut Machner: Einführung in die Kern- und Elementarteilchenphysik. Wiley-VCH, Weinheim 2005, ISBN 3-527-40528-3, S. 384.
- 2. David Kaiser, Drawing Theories Apart: The Dispersion of Feynman Diagrams in Postwar Physics, Chicago: University of Chicago Press, 2005. ISBN 0-226-42266-6
- 3. D.J. Griffiths. Introduction to Elementary Particles. John Wiley & Sons. 1987. ISBN 0-471-60386-4.