UK 
EnglishТипова
Polski💡 Діаграми Фейнмана — КЕД
Анімований переглядач діаграм Фейнмана для квантової електродинаміки. Розсіяння Мьоллера, Баба, Комптон, народження пар, анігіляція та петлева поправка до власної енергії.
Схожі симуляції
Про цю симуляцію
Цей інструмент анімує шість діаграм Фейнмана квантової електродинаміки (КЕД): розсіяння Мьоллера, розсіяння Баба, комптонівське розсіяння, народження пар, анігіляцію електрон-позитрон та петлеву поправку до власної енергії. Кожна діаграма побудована з фіксованого набору фермійних ліній, хвилястих фотонних ліній і точок вершин, які поступово малюються вздовж часової осі, тож ви можете спостерігати, як частинки рухаються з початкового стану крізь кожну вершину взаємодії до кінцевого стану. Осі полотна явно позначені як час (горизонтальна) і простір (вертикальна), відображаючи те, як фізики насправді читають ці діаграми.
🔬 Що показує
Шість процесів КЕД, відображених як анімовані діаграми: розсіяння Мьоллера (e⁻e⁻→e⁻e⁻) та Баба (e⁻e⁺→e⁻e⁺) через обмін віртуальним фотоном, комптонівське розсіяння (e⁻γ→e⁻γ) через віртуальний пропагатор електрона, народження пар (γ→e⁻e⁺) поблизу ядра, анігіляція електрон-позитрон у два фотони та петля власної енергії, де електрон випромінює й повторно поглинає власний віртуальний фотон. Електрони — суцільні сині лінії зі стрілками вперед, позитрони — червоні лінії зі зворотними стрілками, а фотони — реальні чи віртуальні — намальовані як хвилясті лінії, пунктирні, якщо віртуальні.
🎮 Як користуватися
Натисніть кнопку на панелі взаємодій, щоб перемикатися між шістьма діаграмами; інформаційне поле нижче оновлюється описом обраного процесу. Використовуйте «Перезапустити», щоб відтворити анімацію з t=0, «Пауза/Відтворити», щоб зупинити чи відновити її, і повзунок швидкості (0,2×–3×), щоб сповільнити чи прискорити малювання діаграми. Кожен елемент (фермійна лінія, фотон, вершина) з'являється лише тоді, коли внутрішній час анімації досягає свого призначеного часового вікна — так діаграми будуються вершина за вершиною.
💡 Чи знали ви?
Річард Фейнман представив ці діаграми у 1948 році суто як інструмент обліку для теорії збурень, проте вони стали стандартною візуальною мовою фізики частинок. Кожна додаткова вершина на діаграмі КЕД додає до амплітуди множник сталої тонкої структури α ≈ 1/137 ≈ 0,007, тож діаграми вищого порядку з більшою кількістю петель і вершин швидко втрачають значущість — це частково пояснює, чому передбачення КЕД збігаються з експериментом з точністю кращою за одну частку на 10 мільярдів.
Часті запитання
Що означають лінії та точки на діаграмі Фейнмана?
Прямі лінії зі стрілками позначають ферміони: стрілка, спрямована вперед у часі, — це електрон, а зворотна стрілка (намальована так, ніби рухається назад у часі) — його античастинка, позитрон. Хвилясті лінії позначають фотони, переносники електромагнітної взаємодії; пунктирна хвиляста лінія позначає віртуальний фотон, яким обмінюються частинки, але його ніколи не виявляють безпосередньо. Точки, які називають вершинами, позначають місця взаємодії частинок, і кожна вершина додає множник константи зв'язку до амплітуди ймовірності взаємодії.
Яка різниця між розсіянням Мьоллера та Баба в цій симуляції?
Розсіяння Мьоллера показує два однакові електрони (e⁻ + e⁻ → e⁻ + e⁻), що обмінюються одним віртуальним фотоном у процесі, який називають t-каналом, і оскільки два вихідні електрони невідрізнювані, немає способу сказати, який вхідний електрон став яким вихідним. Розсіяння Баба натомість включає електрон і позитрон (e⁻ + e⁺ → e⁻ + e⁺); окрім того самого t-канального обміну фотоном, пара також може на мить анігілювати у віртуальний фотон і знову утворитися через s-канальний процес, і ці два внески квантово-механічно інтерферують.
Як симуляція представляє комптонівське розсіяння?
Анімація показує вхідний електрон і вхідний фотон, що зустрічаються у вершині, після чого електрон коротко продовжує рух як віртуальний (пунктирний) пропагатор, перш ніж друга вершина випромінює вихідний фотон і вихідний електрон. Це відповідає реальній фізиці ефекту Комптона, в якому фотон передає частину своєї енергії та імпульсу електрону і виходить з довшою довжиною хвилі — історичний доказ того, що світло поводиться і як частинка, і як хвиля.
Що відбувається на діаграмах народження та анігіляції пар?
При народженні пар вхідний фотон (потребує щонайменше 1,022 МеВ, удвічі більше енергії спокою електрона) взаємодіє поблизу важкого ядра, яке поглинає віддачу імпульсу, і повністю перетворюється на пару електрон-позитрон через E = mc². Діаграма анігіляції концептуально відтворює цей процес у зворотному напрямку: вхідний електрон і позитрон зустрічаються у вершині й анігілюють у віртуальний фотон, який сам розпадається на два реальні вихідні фотони — потрібно саме два, щоб зберігався імпульс у системі центру мас.
Що представляє діаграма петлі власної енергії?
Діаграма власної енергії показує одну лінію електрона, що входить, коротко випромінює віртуальний фотон, який потім поглинає далі на своєму шляху (тут намальовано як дугу з петлею фотона під нею), і продовжує рух як той самий електрон. Ця петля — квантова поправка вищого порядку до пропагатора електрона, яка фактично зсуває його виміряну масу і заряд; оскільки такі петлі формально дають розбіжні величини, фізики опрацьовують їх за допомогою процедури, яку називають перенормуванням.