Feynmanův diagram, grafická metoda znázorňující interakce elementárních částic, vynalezený ve 40. a 50. letech 20. století americkým teoretickým fyzikem Richardem P. Feynmanem. Při vývoji teorie kvantové elektrodynamiky jako pomůcky pro vizualizaci a výpočet účinků elektromagnetických interakcí mezi elektrony a fotony jsou nyní Feynmanovy diagramy zobrazovány všechny typy interakcí částic.
Feynmanův diagram je dvourozměrné znázornění, ve kterém jedna osa, obvykle vodorovná osa, je vybrána jako prostor, zatímco druhá (svislá) osa představuje čas. Rovné čáry se používají k zobrazení fermionů - základní částice s polovičními hodnotami vnitřní hybné hybnosti (spinu), jako jsou elektrony (e -) - a vlnovky se používají pro bosony - částice s celočíselnými hodnotami spinu, jako jsou fotony (y). Na koncepční úrovni lze fermiony považovat za „hmotové“ částice, které zažívají účinek síly vznikající při výměně bosonů, tzv. „Nosič síly“ nebo pole, částice.
Na kvantové úrovni dochází k interakcím fermionů prostřednictvím emise a absorpce částic pole spojených se základními interakcemi hmoty, zejména elektromagnetickou silou, silnou silou a slabou silou. Základní interakce se proto objevuje na Feynmanově diagramu jako „vrchol“ - křižovatka tří řádků. Tímto způsobem se například cesta elektronu objeví jako dvě přímé čáry spojené se třetí vlnovkou, kde elektron emituje nebo absorbuje foton. (Viz obrázek.)
Feynmanovy diagramy jsou používány fyziky k velmi přesným výpočtům pravděpodobnosti jakéhokoli daného procesu, jako je elektronový elektronový rozptyl, například v kvantové elektrodynamice. Výpočty musí zahrnovat termíny ekvivalentní všem řádkům (představujícím množící se částice) a všem vrcholům (představujícím interakce) zobrazeným na obrázku. Kromě toho, protože daný proces může být reprezentován mnoha možnými Feynmanovými diagramy, je třeba do výpočtu celkové pravděpodobnosti, že se daný proces objeví, vložit příspěvky každého možného diagramu. Porovnání výsledků těchto výpočtů s experimentálními měřeními odhalilo mimořádnou úroveň přesnosti av některých případech souhlasilo s devíti významnými číslicemi.
Nejjednodušší Feynmanovy diagramy zahrnují pouze dva vrcholy, představující emisi a absorpci částice pole. (Viz obrázek.) V tomto diagramu elektron (e -) emituje foton ve V 1 a tento foton je pak o něco později absorbován jiným elektronem ve V 2. Emise fotonu způsobuje, že se první elektron v prostoru zpětně vrací, zatímco absorpce energie a hybnosti fotonu způsobuje srovnatelnou výchylku v cestě druhého elektronu. Výsledkem této interakce je to, že částice se v prostoru pohybují pryč od sebe.
Jedním zajímavým rysem Feynmanových diagramů je to, že antičástice jsou představovány jako obyčejné částice hmoty pohybující se dozadu v čase - to znamená, že hlava se šipkou je obrácena na řádcích, které je zobrazují. Například, v jiné typické interakci (ukázané na obrázku), elektron se srazí s jeho antičásticí, pozitronem (e +) a oba jsou zničeny. Při srážce se vytvoří foton, který následně vytvoří dvě nové částice v prostoru: muon (μ -) a jeho antičástici, antimuon (μ +). V diagramu této interakce jsou obě antičástice (e + a μ +) reprezentovány jako jejich odpovídající částice pohybující se zpět v čase (směrem k minulosti).
Jak je znázorněno na obrázku, jsou také možné složitější Feynmanovy diagramy zahrnující emise a absorpci mnoha částic. V tomto diagramu dva elektrony vyměňovat dvě zvláštní fotony, které produkují čtyři různé interakce u V 1, V 2, V 3 a V 4, v uvedeném pořadí.
