Как интерпретировать диаграмму Феймана двух фотонов, рассеивающихся друг на друге?

Я приложил фейнмановскую диаграмму рассеяния двух фотонов при ядерной реакции: γ + γ --> γ + γ

введите описание изображения здесь

Могу я спросить, как можно интерпретировать эту диаграмму?

Моя попытка интерпретации заключается в том, что фотон в левом нижнем углу взаимодействует с фотоном в левом верхнем углу с помощью некоторой формы виртуальной частицы (показанной черной стрелкой, которую я, кажется, не могу понять, какая виртуальная частица может существовать). между рассеянием двух фотонов; на самом деле могут ли фотоны рассеиваться?). Однако по какой-то причине два фотона исчезают в каких-то виртуальных частицах, а затем снова появляются в правом нижнем и правом верхнем углах.

Могу я также спросить, правильно ли интерпретировать любые частицы, которые начинаются и заканчиваются в базовой вершине взаимодействия, показанной на диаграмме Фейнмана, как виртуальные частицы (как это имеет место в моей интерпретации)?

Два фотона (диагональные на схеме) распадаются каждый на виртуальную электрон-позитронную пару. Пары перекрестно аннигилируют, производя два новых фотона.
@safesphere Спасибо за ответ, но вы говорите, что фотоны внизу слева и вверху справа распадаются на виртуальную пару электронов, из которых пара аннигилирует, создавая два новых фотона? Но я думал, что диаграммы Фейнмана по соглашению читаются слева направо, поскольку время увеличивается слева направо. Следовательно, мы должны рассматривать два фотона слева как «реагент» ядерной реакции?
Я думаю, вы можете интерпретировать это как угодно. Как вы это нарисовали, верхний левый фотон поглощается электроном, произведенным нижним левым фотоном. А нижний правый фотон испускается позитроном, произведенным нижним левым фотоном. Затем электрон и позитрон аннигилируют в правом верхнем углу. Я думаю, что не имеет значения, как вы интерпретируете процесс, если общая энергия и импульс сохраняются. Надеюсь, специалисты QFT пояснят с формулами.

Ответы (1)

Насколько я понимаю QED, это выглядит так:

Все, что мы можем знать, это начальное и конечное состояния: 2 начальных и 2 конечных состояния с определенным импульсом.

Что происходит между ними: все. Однако это слишком много, поэтому мы делаем пертурбативное разложение амплитуды. Это диаграмма ведущего порядка, где фотоны рассеиваются на виртуальной паре электронов (или любой другой заряженной частице, но давайте придерживаться е + е − ).

Важной особенностью диаграмм Фейнмана является то, что четырехимпульс сохраняется во всех вершинах: следовательно, электроны находятся вне оболочки:

п мю п мю ≠ м е 2

То есть это виртуальная частица.

Так что же такое четыре импульса? Основываясь на более раннем утверждении, что «все» может произойти, он может иметь любые четыре импульса, пока он сохраняется в вершинах. Таким образом, вы должны интегрировать более г 4 п .

Что касается интерпретации, 2 фотона поглощаются частицей, а затем снова принимаются: это может ввести в заблуждение.

В t-канале (рассеяние) диаграмма не упорядочена по времени. Обменная частица имеет пространственно-подобный четырехкратный импульс, а диаграмма Фейнмана представляет собой две устаревшие диаграммы с временным порядком. («А» испускает фотон, который затем поглощает «Б», а «Б» испускает фотон, который затем поглощает «А»).

В s-канале (аннигиляция) диаграмма представляет оба случая:

1) Частицы начального состояния аннигилируют в виртуальную частицу, которая затем распадается на частицы конечного состояния.

2) частицы конечного состояния испускаются при создании виртуальной частицы, которая затем разрушается за счет поглощения частиц исходного состояния.

Поэтому я бы с некоторым трепетом упорядочивал операции на диаграмме Фейнмана. Ключевым моментом является включение всех пересекающихся симметрий (u-канал), поскольку фотоны в конечном состоянии являются идентичными частицами. (Я думаю, что вам нужно переставить все индексы, чтобы вычислить амплитуду ведущего порядка, поэтому, если вы можете упорядочить излучение и поглощение во времени, зачем беспокоиться, это все равно только половина или четверть истории.)

Большое спасибо за подробный ответ, но могу я спросить, что вы подразумеваете под упорядоченным по времени в «В t-канале диаграмма не упорядочена по времени»? Кроме того, в первом случае предложенного вами s-канала вы упомянули «частицы в начальном состоянии аннигилируют в виртуальную частицу». Но как могут аннигилировать два фотона, если фотоны — это частицы, а также их собственные античастицы.
до Фейнмана (а также Швингера, Томонаги и Дайсона) существовала старомодная теория возмущений. Потребовался год, чтобы вычислить е − е + → е − е + . У них были схемы. Многие из них, потому что они были заказаны временем. Вы должны были включить разные диаграммы для появления виртуального электрон-позитрон-фотон, и фотон аннигилирует уходящие частицы, оставляя другие реальные, помимо обычной аннигиляции фотона, который становится парой. Оба эти процесса представлены на 1 диаграмме Фейнмана. То же самое и с рассеянием: обмен частицами не имеет временного направления. См.: Переменные Мандельштама.
@JEB Я не думаю, что у них были диаграммы до Фейнмана. Мне посчастливилось встретиться с Фейнманом на семинаре и услышать, как он описывает, как концепция фейнмановских диаграмм пришла к нему в целом. Я поделился им здесь physics.stackexchange.com/questions/14028/seeing-the-solution/…
@annav Потрясающе. Я посещал его последний урок (QCD), и он не упомянул об этом. Я думал, что диаграммы OFPT сохраняют импульс, но не энергию в вершине с разными диаграммами для частицы/античастицы, поэтому они не были явно ковариантными, и даже древовидный процесс представлял собой множество диаграмм со многими интегралами. Затем Фейнман делает свое дело, и диаграмма древовидных уровней в основном является сокращением для ответа, и, как вы сказали: он просто взорвал всем мозг. Особенно перекрестная симметрия, где, например, комптоновское рассеяние есть просто аннигиляция с т → с . Хотя в этом классе я цеплялся за ячмень.
Как интерпретировать диаграмму Феймана двух фотонов, рассеивающихся друг на друге?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v