PL 
EnglishDomyślny
Українська💡 Diagramy Feynmana — QED
Animowany eksplorator diagramów Feynmana dla elektrodynamiki kwantowej. Zobacz rozpraszanie Møllera, rozpraszanie Bhabhy, efekt Comptona, kreację par, anihilację elektron-pozyton i poprawki pętlowe energii własnej. Linie elektronu, pozytonu i fotonu z animowanymi wierzchołkami.
O symulacji: Diagramy Feynmana — QED
To narzędzie animuje sześć diagramów Feynmana z elektrodynamiki kwantowej (QED): rozpraszanie Møllera, rozpraszanie Bhabhy, rozpraszanie Comptona, kreację pary, anihilację elektron-pozyton oraz pętlową poprawkę energii własnej. Każdy diagram składa się ze stałego zestawu linii fermionów, falistych linii fotonów i punktów wierzchołkowych, rysowanych stopniowo wzdłuż osi czasu, dzięki czemu można obserwować, jak cząstki przemieszczają się od stanu początkowego przez każdy wierzchołek oddziaływania do stanu końcowego. Osie płótna są jawnie oznaczone jako czas (poziomo) i przestrzeń (pionowo), odzwierciedlając sposób, w jaki fizycy faktycznie odczytują te diagramy.
Sześć procesów QED jest przedstawionych jako animowane diagramy: rozpraszanie Møllera (e⁻e⁻→e⁻e⁻) i rozpraszanie Bhabhy (e⁻e⁺→e⁻e⁺) poprzez wymianę wirtualnego fotonu, rozpraszanie Comptona (e⁻γ→e⁻γ) poprzez wirtualny propagator elektronu, kreację pary (γ→e⁻e⁺) w pobliżu jądra atomowego, anihilację elektron-pozyton na dwa fotony oraz pętlę energii własnej, w której elektron emituje i ponownie pochłania własny wirtualny foton. Elektrony to niebieskie linie ciągłe ze strzałkami skierowanymi do przodu, pozytony to czerwone linie ze strzałkami odwróconymi, a fotony — rzeczywiste lub wirtualne — są rysowane jako linie faliste, przerywane, gdy są wirtualne.
Kliknij przycisk w panelu Interakcja, aby przełączać się między sześcioma diagramami; pole informacyjne poniżej aktualizuje się opisem wybranego procesu. Użyj Restart, aby odtworzyć animację od t=0, Pauza/Odtwórz, aby ją zatrzymać lub wznowić, oraz suwaka Prędkość (0,2× do 3×), aby zwolnić lub przyspieszyć rysowanie diagramu. Richard Feynman wprowadził te diagramy w 1948 roku wyłącznie jako narzędzie księgowe rachunku zaburzeń, a mimo to stały się standardowym językiem wizualnym fizyki cząstek. Każdy dodatkowy wierzchołek w diagramie QED wnosi do amplitudy czynnik stałej struktury subtelnej α ≈ 1/137 ≈ 0,007, więc diagramy wyższego rzędu szybko tracą na znaczeniu — to częściowo dlatego przewidywania QED zgadzają się z eksperymentem z dokładnością lepszą niż jedna część na 10 miliardów.
Najczęściej zadawane pytania
Co oznaczają linie i kropki na diagramie Feynmana?
Proste linie ze strzałkami przedstawiają fermiony: strzałka skierowana do przodu w czasie oznacza elektron, a odwrócona strzałka przedstawia jego antycząstkę, pozyton. Linie faliste przedstawiają fotony, nośniki oddziaływania elektromagnetycznego; przerywana linia falista oznacza wirtualny foton, który jest wymieniany między cząstkami, ale nigdy nie jest bezpośrednio wykrywany. Kropki, zwane wierzchołkami, oznaczają punkty, w których cząstki oddziałują, a każdy wierzchołek wnosi czynnik stałej sprzężenia do amplitudy prawdopodobieństwa oddziaływania.
Jaka jest różnica między rozpraszaniem Møllera a rozpraszaniem Bhabhy w tej symulacji?
Rozpraszanie Møllera pokazuje dwa identyczne elektrony wymieniające pojedynczy wirtualny foton w procesie kanału t, a ponieważ dwa wychodzące elektrony są nierozróżnialne, nie da się stwierdzić, który elektron wejściowy stał się którym wyjściowym. Rozpraszanie Bhabhy dotyczy elektronu i pozytonu; oprócz tej samej wymiany fotonu w kanale t, para może również chwilowo anihilować w wirtualny foton i odtworzyć się poprzez proces kanału s, a oba wkłady interferują ze sobą kwantowo.
Jak symulacja przedstawia rozpraszanie Comptona?
Animacja pokazuje wchodzący elektron i wchodzący foton spotykające się w wierzchołku, po czym elektron kontynuuje na krótko jako wirtualny propagator, zanim drugi wierzchołek wyemituje wychodzący foton i wychodzący elektron. Odpowiada to rzeczywistej fizyce efektu Comptona, w którym foton przekazuje część swojej energii i pędu elektronowi i wyłania się z dłuższą długością fali — historyczny dowód na to, że światło zachowuje się zarówno jak cząstka, jak i jak fala.
Co dzieje się na diagramach kreacji i anihilacji pary?
Przy kreacji pary wchodzący foton, potrzebujący co najmniej 1,022 MeV, oddziałuje w pobliżu ciężkiego jądra atomowego, które pochłania pęd odrzutu, i przekształca się całkowicie w parę elektron-pozyton poprzez E = mc². Diagram anihilacji przebiega odwrotnie: wchodzący elektron i pozyton spotykają się w wierzchołku i anihilują w wirtualny foton, który rozpada się na dwa rzeczywiste, wychodzące fotony — potrzebne są dwa, aby pęd był zachowany w układzie środka masy.
Co przedstawia diagram pętli energii własnej?
Diagram energii własnej pokazuje pojedynczą linię elektronu wchodzącą, na krótko emitującą wirtualny foton, który następnie ponownie pochłania dalej na swojej drodze, i kontynuującą jako ten sam elektron. Ta pętla jest poprawką kwantową wyższego rzędu do propagatora elektronu, która efektywnie przesuwa jego zmierzoną masę i ładunek; ponieważ takie pętle formalnie dają wielkości rozbieżne, fizycy radzą sobie z nimi poprzez procedurę zwaną renormalizacją.