דיאגרמת פיינמן

דיאגרמת פיינמן היא ייצוג תרשימי של תהליכים המתרחשים בין חלקיקים בתורת השדות הקוונטית, על ידי מיפוי מסלוליהם והתופעות הקוונטיות הנלוות להם בתוך מרחב נתון ('שדה'). היא הומצאה על ידי הפיזיקאי האמריקאי-יהודי ריצ'רד פיינמן והוצגה לראשונה בשנת 1949. הדיאגרמה נתנה הסבר ויזואלי פשוט יותר להבנה של תופעה מורכבת יחסית בפיזיקת חלקיקים.

 פיתוח הדיאגרמה 
ממוזער|200px|תרשים זרימה של הדרכים שונות בהן ניתן לקפל את ההקסופלקסגון, אשר שימש כשהשראה לבניית דיאגרמת פיינמן.

ריצ'רד פיינמן קיבל את ההשראה לדיאגרמות אלה בעקבות הפלקסגון שאותו הציג לו  בשנת 1939. הוא בנה דיאגרמה המראה כיצד ניתן לעבור בין צדדיו השונים של פלקסגון בעל שישה צדדים המכונה הקספלקסגון.
מקרה זה הוא דוגמה לדרך בה שעשועי מתמטיקה יכולים להוביל להתפתחויות בתחום המדע.

 צורת הגרף 
הדיאגרמה מציגה את תנועת החלקיק, כאשר ציר אחד מסמן את הזמן והשני את המרחב. חלקיקים מיוצגים על ידי קווים, אשר עשויים להיות מפותלים או ישרים, עם חץ או בלי חץ, בהתאם לסוג החלקיק. נקודה בה הקווים מתחברים אחד לשני נקראת "צומת אינטראקציה", או פשוט "צומת". ישנם שלושה סוגים שונים של קווים: "קווים פנימיים" מחברים שני צמתים, "קווים נכנסים" נמתחים מ"העבר" אל תוך צומת ומייצגים את המצב הראשוני, ו"קווים יוצאים" נמתחים מצומת אל "העתיד" ומייצגים את המצב הסופי.
ממוזער|200x200 פיקסלים|אלקטרון ופוזיטרון (האנטי-חלקיק של האלקטרון) נפגשים ומייצרים בתהליך של איון (אניהילציה) פוטון (הקו הגלי הכחול) ההופך לקווארק ואנטי קווארק הפולט גלואון (הקו הירוק).
משמעותסימון בגרףפרמיוןקובץ:Feynman-particle.svgאנטיפרמיוןקובץ:Feynman-particle-pos.svgבוזוני W±, Zקובץ:Feynman-wave.svgגלואון (g)קובץ:Feynman-gluon.svgבוזון היגס

(או כל בוזון בעל ספין 0)קובץ:Feynman-higgs.svgTerminator

(בוזון היגס שעובר תהליך של עיבוי בוז-איינשטיין)קובץ:Feynman-terminator.svg
בוזוניםלפטוניםמשמעותסימון בגרףמשמעותסימון בגרףפוטוןקובץ:Feynman-photon.svgאלקטרוןקובץ:Feynman-electron.svgבוזון Zקובץ:Feynman-Z-boson.svgפוזיטרוןקובץ:Feynman-positron.svgבוזון W +קובץ:Feynman-W-plus-boson.svgמיואוןקובץ:Feynman-muon.svgבוזון W -קובץ:Feynman-W-minus-boson.svgנייטרינוקובץ:Feynman-neutrino.svg

 חוקי פיינמן 
ישנם מספר חוקים על מנת ליצור דיאגרמה המייצגת תהליך פיזיקלי:
 כל נקודת מפגש צריכה להיות מיוצגת על ידי נקודה.
 כל בוזון צריך להיות מיוצג על ידי קו גלי.
 פרמיון צריך להיות מיוצג על ידי קו ישר המחבר שתי נקודות.
 כל קו גלי חייב להיות מחובר בקצהו לנקודת מפגש של שני קווים מלאים. כלומר, אין אפשרות למגע בין קו גלי לקו ישר שלא בנקודת מפגש של שני קווים ישרים.

 ייצוג פשוט של תהליכים פיזיקליים 
ממוזער|תיאור בדיאגרמת פיינמן של דעיכת בטא מינוס כשנייטרון הופך לפרוטון (אחד הקווארקים הופך מלמטה ללמעלה) ולבוזון W- שהופך לאלקטרון ולאנטי-נייטרינו אלקטרוני.
הדיאגרמה מאפשרת לראות תהליכים פיזיקליים בצורה ויזואלית, כשבלעדיה היו נדרשות נוסחאות רבות ומסובכות לתפישה מהירה שלהם. בנוסף, בדיאגרמה מתוארות האינטראקציות בצורה גרפית פשוטה כקווים וצמתים, כאשר גם בוזונים, המייצגים שדות, מיוצגים כחלקיקים לפשטות השרטוט.

 תנועה נגד ציר הזמן 
בדיאגרמת פיינמן, האנטי-חלקיקים (לדוגמה הפוזיטרון) נעים בניגוד לציר הזמן וכביכול נעים אחורה בזמן. פיינמן פירש זאת ממשוואת דיראק לפיה לאנטי-חלקיקים יש מסה וספין זהים לזה של החלקיק הרגיל, אך המטען החשמלי שלהם הפוך. משוואה זו הובילה לתוצאה לפיה לאנטי-חלקיקים יש אנרגיה שלילית. פיינמן השתמש בפרשנותו של המתמטיקאי והפיזיקאי  של הפוזיטרון כאלקטרון הנע אחורה בזמן.

 בתרבות הפופולרית 
 בסיטקום הטלוויזיוני המפץ הגדול נעשה שימוש בדיאגרמה שלעיל המייצגת חלקיק וירטואלי ההופך לזוג קווארק - אנטי-קווארק, בפרק "The Bat Jar Conjecture".

 קישורים חיצוניים 

 "Space-Time Approach to Quantum Electrodynamics" – מאמרו של ריצ'רד פיינמן משנת 1949, שבו הציג את רעיון הדיאגרמות לראשונה.
 Draw Feynman Diagram Online – אתר בו ניתן ליצור דיאגמות פיינמן בפשטות.


הערות שוליים

קטגוריה:תורת השדות הקוונטית
קטגוריה:דיאגרמות
קטגוריה:מושגים בפיזיקה