FeynmanDiagrammen

Feynman-diagrammen zijn picturale representaties van termen in de perturbatieve uitdrukking van kwantumveldentheorieën. Ze werden geïntroduceerd door Richard Feynman in de jaren vijftig als hulpmiddel bij de berekening van interacties in de quantum electrodynamics (QED). Een diagram fungeert als een compacte voorstelling van de bijbehorende amplitude en de daarmee verbonden wiskundige integralen.

Een diagram bestaat uit lijnen en knooppunten (vertices). Lijnen duiden deeltjes aan: fermionen zoals elektronen worden weergegeven als rechte lijnen met pijlen, bosonen zoals fotonen als golflijnen, en andere bosonen als verschillende typen lijnen. Externe lijnen vertegenwoordigen inkomende of uitgaande deeltjes, terwijl interne lijnen virtuele propagatoren zijn. Bij elk knooppunt treden interacties op die de relevante conservatiewetten toepassen. De specifieke regels die gelden, heten de Feynmanregels en bevatten factoren zoals de koppelingsterkten, propagatortermen, spinor- of polarizatiefactoren en de integratie over de onbekende interne momenta.

Interpretatie en toepassing: Feynman-diagrammen zijn geen letterlijke sporen in de ruimte-tijd, maar bookkeeping-hulpmiddelen voor de termen van een perturbatieve series. Ze onderscheiden zich in tree-level-diagrammen (zonder lussen) en loop-diagrammen (met lussen), waarbij de latter hogere orde in de koppelingssterkte vertegenwoordigen en vaak integraties over momenta vereisen. Loopdiagrammen kunnen ultraviolet-divergenties opleveren, waarvoor renormalisatie nodig is.

Historisch en toepassingsgebied: de aanpak is een hoeksteen van de quantum electrodynamica en is later uitgebreid naar quantumchromodynamica en het electroweakmodel. Ze worden gebruikt om berekeningen te leveren van kruissections, decays en andere observables, terwijl ze hun betrouwbaarheid beperken tot situaties met relatief kleine koppeling waar perturbatie geldt.