Lời nói đầu .
Vật lý hạt nhân là một nhánh quan trọng trong khoa học vật lý , nó chỉ ra những quan hệ tương tác giữa các hạt , phản hạt cùng những cấu thành khác trong thế giới hạt vi mô . Nhưng để hiểu được các ý nghĩa của chúng bằng việc sử dụng các công thức , ký hiệu toán học và các kiến thức vật lý cao cấp khác là cả một sự khó khăn với quảng đại quần chúng . Loạt bài sau đây gồm 20 đề tài được các tác giả là những nhà vật lý hạt hiện đang tham gia nghiên cứu về lĩnh vực này thể hiện qua những bài đăng rất thú vị . Xin trân trọng giới thiệu đến bạn đọc .
Trần hồng Cơ .
Tham khảo - Trích lược .
Ngày 18/08/2013.
Đường dẫn :
Bài 1 . Sơ đồ Feynman .
Bài 2 . Nhiều sơ đồ FEYNMAN hơn nữa .
Bài 3 . QED + μ giới thiệu về muon .
Bài 4 . Boson Z và sự cộng hưởng .
Bài 5 . Các chàng ngự lâm Neutrinos .
Bài 6 . Tí hon boson W - làm rối tung mọi thứ .
Bài 7 . Các chú lính quarks - Một cuộc gặp gỡ thú vị .
Bài 10 . Những hiểu biết được biết đến về Mô hình Chuẩn .
Bài 2 . Nhiều sơ đồ FEYNMAN hơn nữa .
Trong bài 1, chúng ta học được phương pháp tạo sơ đồ Feynman bằng cách vẽ đường , dòng sóng và kết nối chúng lại với các đỉnh . Chúng ta đã bắt đầu với một tập hợp các qui luật để có thể vẽ các sơ đồ này :
Chúng ta có thể vẽ các đường với mũi tên hoặc dòng sóng và chỉ được phép nối chúng bằng cách sử dụng các nút (đỉnh) như hình thức nêu trên . Đây là những quy luật của trò chơi. Sau đó chúng ta cũng đã nói rằng mũi tên là các điện tử (nếu mũi tên đi từ trái sang phải) và positron (nếu mũi tên theo hướng ngược lại) trong khi các dòng sóng là photon. Việc lựa chọn quy luật là những gì chúng ta gọi là "mô hình tương tác hạt," và đặc biệt chúng ta đã phát triển những điều được gọi là điện động lực học lượng tử, cái nói theo kiểu vật lý đối với "lý thuyết về electron và photon."
2.1 Tất cả điều đó đến từ đâu ?
Một câu hỏi mà bạn có thể đặt ra bây giờ là: "Các quy tắc này đến từ đâu? Tại sao họ cấm tôi không thể vẽ sơ đồ với ba dòng sóng giao nhau? "
Câu trả lời ngắn gọn : chúng chỉ là các quy tắc mà chúng ta đã chọn. Thật ra về mặt kỹ thuật chúng đến từ một công thức toán học của lý thuyết hạt . Rõ ràng nó không phải là tất cả, nhưng lý do tại sao chúng ta chỉ cho phép có một đỉnh đặc biệt bởi vì đó là sự tương tác duy nhất có cả hai khía cạnh,
(1) không-thời gian đối xứng ("Lorentz") và
(2) sự đối xứng 'chuẩn' trong của lý thuyết.
Đây là một câu trả lời không thỏa mãn, nhưng chúng ta sẽ từng bước xây dựng các lý thuyết phức tạp hơn giúp làm sáng tỏ về điều này. Để vui một chút , đây là biểu thức toán học mã hóa các thông tin tương tự như các quy tắc Feynman trên : [chú ý: Chúng ta biết đây là một phương trình rồi , nhưng không được sợ hãi nhé !]
Không cần đi vào chi tiết, ký hiệu $\Psi$ đại diện cho điện tử (vạch trên đầu biến nó thành một positron) trong khi A là photon. Số e là "liên kết điện từ cặp" và nó xác định điện tích của electron. Do những phương trình có thể đang bị đe dọa , nên ta sẽ không quá lo lắng về chúng ở đây. Trên thực tế mục đích của chúng ta sẽ đi theo hướng ngược lại - Bạn sẽ thấy rằng có thể tìm hiểu khá nhiều về QED bằng cách chỉ nhìn vào sơ đồ Feynman mà không cần các tính toán phức tạp. Điểm quan trọng đối với các quy tắc dễ thương của chúng ta là làm thế nào để kết nối những con đường thực sự nắm bắt tốt nhất ý nghĩa vật lý được mã hóa trong các phương trình xấu xí đó .
[Thông tin thêm cho bạn đọc : lưu ý rằng thành phần khối lượng electron trông giống như quy luật Feynman cho tương tác hai electron với liên kết cường độ m. Bạn có thể thấy điều này bằng cách nhìn vào bộ ba điện tử-điện tử-photon và loại bỏ các photon.]
2.2 Những gì chúng ta có thể học hỏi từ việc chỉ cần nhìn vào các quy tắc .
Như đã biết chúng ta có thể sử dụng đường , dòng và nút để vẽ các sơ đồ đại diện cho tương tác hạt. Nếu bạn chưa có, tôi khuyến khích bạn lấy một mảnh giấy và hãy bắt đầu chơi với các quy tắc Feynman. Một trò chơi rất tốt là bạn hãy tự hỏi xem liệu có bao giờ một trạng thái ban đầu nhất định có thể cung cấp cho bạn một trạng thái cuối cùng nhất định hay không . Dưới đây là một vài bài tập nhỏ :
1. Bắt đầu với một electron . Bạn có thể nào kết thúc với một trạng thái cuối cùng có chứa positron không ? [Trả lời: Có! Vẽ một sơ đồ như vậy.]
2. Nếu bạn bắt đầu với một electron , bạn có thể nào kết thúc với trạng thái nhiều positron cuối cùng hơn là trạng thái electron cuối cùng không ? [Trả lời: không! Hãy vẽ những sơ đồ cho đến khi bạn tin đó là không thể.]
3. Vẽ một sơ đồ một electron và photon tương tác để sinh ra 3 electron, 2 positron, và 2 photon. Rút ra một vài chi tiết để có được một cảm giác về bao nhiêu cách khác nhau mà ta có thể làm điều này.
4. Nếu bạn bắt đầu với một photon, bạn có thể kết thúc với một trạng thái cuối cùng chỉ có nhiều photon? [Đây là một câu hỏi đánh lừa . Câu trả lời là " không" , tuy nhiên đây là một hiệu ứng cơ học lượng tử khá tinh tế vượt quá phạm vi của chúng ta . Bạn có thể vẽ một sơ đồ như vậy để nghĩ rằng câu trả lời là "có".]
Vì vậy, sau đây là những gì bạn sẽ nhận ra :
-Luật Feynman là một cách tốt đẹp để tìm hiểu những gì các loại tương tác hạt có thể và không thể xảy ra. (ví dụ như câu hỏi 1 và 2).
-Trong thực tế, bài học bạn thu được là có một sự bảo toàn điện tích trong mỗi sơ đồ đến từ sự bảo toàn điện tích tại mỗi nút .
-Bạn cũng có thể thấy rằng các tương tác phức tạp có thể được rút thành tương tác đơn giản với "hạt ảo" (hạt trung gian mà không xuất hiện trong tình trạng ban đầu).
Chúng ta có thể thực hiện điều này chỉ bằng cách nêu rõ các quy tắc Feynman và vui chơi với các bản vẽ sơ đồ . Không cần thiết lắm về các kiến thức Toán, hay các nền tảng kỹ thuật cần thiết khác phải không nào ?!
Như đã biết chúng ta có thể sử dụng đường , dòng và nút để vẽ các sơ đồ đại diện cho tương tác hạt. Nếu bạn chưa có, tôi khuyến khích bạn lấy một mảnh giấy và hãy bắt đầu chơi với các quy tắc Feynman. Một trò chơi rất tốt là bạn hãy tự hỏi xem liệu có bao giờ một trạng thái ban đầu nhất định có thể cung cấp cho bạn một trạng thái cuối cùng nhất định hay không . Dưới đây là một vài bài tập nhỏ :
1. Bắt đầu với một electron . Bạn có thể nào kết thúc với một trạng thái cuối cùng có chứa positron không ? [Trả lời: Có! Vẽ một sơ đồ như vậy.]
2. Nếu bạn bắt đầu với một electron , bạn có thể nào kết thúc với trạng thái nhiều positron cuối cùng hơn là trạng thái electron cuối cùng không ? [Trả lời: không! Hãy vẽ những sơ đồ cho đến khi bạn tin đó là không thể.]
3. Vẽ một sơ đồ một electron và photon tương tác để sinh ra 3 electron, 2 positron, và 2 photon. Rút ra một vài chi tiết để có được một cảm giác về bao nhiêu cách khác nhau mà ta có thể làm điều này.
4. Nếu bạn bắt đầu với một photon, bạn có thể kết thúc với một trạng thái cuối cùng chỉ có nhiều photon? [Đây là một câu hỏi đánh lừa . Câu trả lời là " không" , tuy nhiên đây là một hiệu ứng cơ học lượng tử khá tinh tế vượt quá phạm vi của chúng ta . Bạn có thể vẽ một sơ đồ như vậy để nghĩ rằng câu trả lời là "có".]
Vì vậy, sau đây là những gì bạn sẽ nhận ra :
-Luật Feynman là một cách tốt đẹp để tìm hiểu những gì các loại tương tác hạt có thể và không thể xảy ra. (ví dụ như câu hỏi 1 và 2).
-Trong thực tế, bài học bạn thu được là có một sự bảo toàn điện tích trong mỗi sơ đồ đến từ sự bảo toàn điện tích tại mỗi nút .
-Bạn cũng có thể thấy rằng các tương tác phức tạp có thể được rút thành tương tác đơn giản với "hạt ảo" (hạt trung gian mà không xuất hiện trong tình trạng ban đầu).
Chúng ta có thể thực hiện điều này chỉ bằng cách nêu rõ các quy tắc Feynman và vui chơi với các bản vẽ sơ đồ . Không cần thiết lắm về các kiến thức Toán, hay các nền tảng kỹ thuật cần thiết khác phải không nào ?!
2.3 Tổng hợp sơ đồ: sự tương tự với tổng hợp các đường đi .
Chúng ta có thể thực hiện rất nhiều điều hơn nữa với sơ đồ Feynman, chẳng hạn như tính toán xác suất đối với việc xảy ra tương tác . Thực sự ra điều này đòi hỏi nền tảng toán học hơn là vật lý, nhưng vẫn còn rất nhiều điều mà chúng ta có thể tìm hiểu một cách khái niệm từ sơ đồ Feynman .
Ví dụ, có hai sơ đồ đơn giản mà chúng ta có thể rút ra đại diện cho sự tán xạ của một electron và một positron từ một hạt khác như sau :
Cần nhớ lại rằng chúng ta có thể mô tả các tương tác trong từ bằng cách "đọc" chúng từ trái sang phải:
Sơ đồ đầu tiên cho thấy một electron và một positron đến triệt tiêu vào một photon, sau đó "phát sinh cặp " một electron và positron đi .
Sơ đồ thứ hai cho thấy một electron và một positron đến tương tác bằng cách gửi một photon giữa chúng. Đây chắc chắn là một quá trình khác hẳn vì các electron và positron không bao giờ thực sự chạm vào, không giống như giản đồ đầu tiên.
Hãy nhớ rằng các sơ đồ thực sự là viết tắt cho các số phức. Những con số đại diện cho xác suất cho mỗi các quá trình này xảy ra. Để tính toán đầy đủ khả năng mà một electron và một positron nẩy bật vào nhau, chúng ta cần phải cộng thêm vào những đóng góp này như những số phức.
Điều này có nghĩa gì? Đây chỉ là công việc của cơ học lượng tử ! Hãy nhớ lại các thí nghiệm về khe đôi .
Chúng ta đã biết cơ học lượng tử chỉ ra rằng các đối tượng đều thực hiện tất cả các đường đi từ một trạng thái quan sát ban đầu cho một trạng thái quan sát cuối cùng . Vì vậy, nếu bạn nhìn thấy một hạt tại điểm A, thì xác suất để nó hiển thị tại điểm B được cho bởi tổng của biên độ xác suất cho mỗi đường đi trung gian .
Tổng những sơ đồ trên là một sự tổng quát hóa của các ý tưởng chính xác. Trạng thái quan sát ban đầu của chúng ta là một electron và một positron. Mỗi hạt trong số này có một động lượng cố định [và được quan sát] nào đó . Nếu bạn muốn tính toán xác suất mà chúng sẽ tương tác và sinh ra một electron và positron với một động lượng khác (ví dụ như chúng bật ra khỏi nhau và đầu ra theo hướng ngược nhau), thì chúng ta không chỉ phải tổng hợp trên những đường đi trung gian khác nhau, mà còn từ những tương tác trung gian khác nhau nữa .
Một lần nữa, tạm dừng đối với hình ảnh lớn như thế nhé các bạn ! : thực sự chúng ta sẽ không tính toán bất cứ điều gì vì đối với hầu hết mọi người, đây không phải là điều thú vị như vẽ sơ đồ đâu . Nhưng thậm chí chỉ cần mô tả những gì người ta sẽ tính toán, chúng ta có thể thấy cách thức mọi điều rút gọn có liên quan đến hình ảnh đơn giản của chúng ta về cơ học lượng tử : đó là thí nghiệm khe đôi [ điều này chúng ta sẽ đề cập đến trong những phần sau ].
2.4 Bảo toàn động lượng .
Mỗi hạt trạng thái ban đầu và cuối cùng đều có một động lượng rõ ràng. (với từ ngữ "động lượng" ta cũng bao gồm tổng số năng lượng của hạt) . Một trong những điều ta có thể dự đoán được ngay là , bất kỳ sơ đồ vật lý phải đáp ứng các bảo toàn động lượng. Trong thực tế, điều này được xây dựng tại mỗi giao điểm ( nút ) : chúng ta giả định rằng tổng của các động lượng đi vào mỗi nút (tức là từ trái sang) là bằng với động lượng đi ra khỏi nó ( đi ra bên phải). Do đó bạn không thể nào có hai trạng thái năng lượng electron ban đầu rất thấp lại tán xạ thành một cái gì đó với một trạng thái năng lượng rất cao cuối cùng .
Có lẽ rõ ràng hơn, điều này có nghĩa rằng bạn không thể có sơ đồ Feynman mà trong đó "không có gì" lại biến thành vật chất , hoặc từ một cái gì đó biến thành không có gì như hai sơ đồ sau đây .
Chúng ta để ý rằng cả hai sơ đồ về mặt kỹ thuật là được phép vì chúng tuân theo các quy luật Feynman trước đây . Do đó chúng ta cần phải áp đặt thêm tính chất bảo toàn động lượng như một quy tắc Feynman bổ sung.
Đây là một bài tập cho người đọc cao cấp hơn - những người biết về thuyết tương đối đặc biệt - :
Hãy tự thuyết phục bản thân rằng luật bảo toàn động lượng nghiêm cấm bất kỳ sơ đồ nào chỉ chứa một sự tương tác đơn , ví dụ như sau
[Một bài tập đơn giản hơn nhiều cho tất cả mọi người:
Hãy "đọc" mỗi sơ đồ từ trái sang phải và mô tả những gì đang xảy ra bằng lời nói . Mặc dù đây là tất cả các biến thể của các quy tắc cho các dòng giao nhau, làm thế nào giải thích để ba sơ đồ này khác nhau về ý nghĩa vật lý ?]
Rất đơn giản nhận thấy rằng trong biểu đồ tán xạ electron-positron trên ( xem 2.3 ) , động lượng của photon trung hòa được xác định đầy đủ bởi các động lượng của các hạt bên ngoài. Ví dụ, trong sơ đồ đầu tiên động lượng photon phải là tổng của các động lượng hạt ban đầu. ( Một bài tập cho người đọc cao cấp một lần nữa: Hãy tự thuyết phục rằng photon trung hòa không phải chỉ là " ở trên vỏ ", nghĩa là bình phương của 4-động lượng của nó khác không . Điều này là chấp nhận được vì photon là một hạt ảo.)
2.5 Sơ đồ vòng lặp : một khúc dạo đầu cho những gì sắp đến .
Bây giờ tôi muốn dừng lại để đề cập đến một "chủ đề cao cấp'' mà chúng ta sẽ gặp trong một bài viết sắp tới . Nếu bạn siêng năng và đã từng vui chơi với các loại biểu đồ Feynman, bạn sẽ nhận thấy rằng cũng có thể vẽ sơ đồ có vòng khép kín, chẳng hạn như sau
Chúng ta gọi là đồ thị như vậy là sơ đồ vòng lặp vì lý do rất rõ ràng . Sơ đồ mà không có vòng lặp được gọi là sơ đồ cây. Ta thấy rằng sơ đồ vòng lặp khá đặc biệt đồng thời nó cũng giới thiệu một số vấn đề mới 'chuyên sâu' hơn mà chúng ta chỉ đề cập đến chút ít ngay bây giờ: (vài điều trong số này hơi 'cao cấp' một tí , nhưng bạn đừng lo lắng nếu có vẻ mơ hồ một chút - chúng ta sẽ trở lại vấn đề này sau nhé ! )
Sơ đồ trên là một đóng góp cho quá trình tán xạ electron-positron mà chúng ta đã xem xét ở trên. Bạn sẽ có thể tự thuyết phục chính mình rằng trong thực tế, có một số vô hạn các đóng góp cho mỗi tương tác giữa các hạt cho trước trạng thái cuối cùng và ban đầu được đưa ra bằng cách vẽ nhiều vòng lặp hơn một cách sáng tạo. Điều này nghe có vẻ lạ, nhưng hãy nhớ rằng trước đó cũng đã có một số lượng vô hạn các đường đi giữa hai điểm khi chúng ta đã nghiên cứu thí nghiệm " khe vô hạn".
Đối với các bạn có căn bản phép tính vi tích phân thì những gì chúng ta đang thực sự làm chính là khai triển Taylor . Vậy tham số khai triển của chúng ta là gì? Đó chính là các liên kết điện từ cặp e (trong phương trình chúng ta đã viết ở trên). Nói cách khác, chúng ta đang mở rộng về số lượng các đỉnh. Mỗi đỉnh cho một hệ số e (đó là một số nhỏ) , để kết quả đầy đủ thực sự là xấp xỉ tốt nhất chỉ bằng việc dựa trên sự khảo sát các sơ đồ cây .
Trong ánh sáng giải luận của chúng ta về bảo toàn động lượng, bạn nên tự thuyết phục chính mình rằng các hạt "vòng" (đó là hoàn toàn ảo) có thể có bất kỳ động lượng lớn tùy ý . Điều này trái ngược với các hạt trung gian trong sơ đồ cây là các hạt có động lượng bị hạn chế bởi các động lượng bên ngoài . Đây thực sự khá là thú vị : điều này có nghĩa rằng các vòng lặp rất nhạy cảm đối với vật lý năng lượng cao .
Một lần nữa , trong ánh sáng của sự hiểu biết của chúng ta về cơ học lượng tử, có thể thấy rằng ngay cả đối với một sơ đồ lặp đơn chúng ta cũng phải tổng hợp vô số các xung ( động lượng ) vòng khả dĩ . Điều này có thể là một vấn đề rắc rối : một tổng trên một tập hợp vô hạn các số tự nó có thể là vô hạn . Do đó e rằng việc tính toán xác suất cơ học lượng tử của chúng ta có thể sẽ cho một kết quả vô nghĩa ( liệu có nghĩa gì đối với một xác suất là vô hạn? ). Trong thực tế, đây là sự liên quan rất sâu sắc với ý tưởng rằng các vòng lặp rất nhạy cảm với vật lý năng lượng cao . Chúng ta sẽ thảo luận về tất cả điều này kỹ lưỡng hơn khi chúng ta nói đến các boson Higgs .
Sơ đồ vòng lặp có thể rất tẻ nhạt khi tính toán đấy các bạn ! Trong thực tế, chúng là những tai ương của cuộc sống hầu hết sinh viên tốt nghiệp ngành vật lý khi họ lần đầu tiên tìm hiểu lý thuyết trường lượng tử. May mắn thay, chúng ta sẽ không phải tính toán gì cả và , bây giờ , ta sẽ chỉ ngạc nhiên trước khả năng của chúng đối với những điều phức tạp mà thôi !
2.6 Hoạt động trong khoảng cách : Các lực hút và đẩy .
Buổi thảo luận của chúng ta đã bắt đầu có một chút kỹ thuật rồi đó , vì vậy hãy lùi lại một bước và xét xem bằng cách nào một số trong những hạt này đến được với nhau. Chúng ta nhớ lại rằng photon không chỉ là hạt của ánh sáng, nhưng chúng là "hạt lực" trung gian , là cái trung hòa lực điện giữa các electron (và positron nữa ) . Hình ảnh hoạt họa giúp ta hiểu được hoạt động của các hạt lực này là hạt tích điện "tung" các photon qua lại khi chúng tương tác . Ta có thể tưởng tượng , khi được chụp lại trong cuộc phiêu lưu hạt , hai electron như hai cầu thủ bóng rổ ném một quả bóng trong khi trượt băng. Động lượng của quả bóng đang được tung hứng qua lại đã được biên dịch thành chuyển động của các hạt ra xa nhau.
Điều này luôn luôn đặt ra câu hỏi : làm thế quái nào mà chúng ta cần phải hiểu được lực gây ra các hạt hút lẫn nhau ? (Ví dụ, một electron và một positron.) Các hình ảnh phim hoạt hình sẽ không còn có ý nghĩa nữa !
Có một vài cách để trả lời câu hỏi này. Trước hết, "lực" là những mô tả cổ điển của hiện tượng lượng tử. Để trích xuất được đúng một lực, ta phải tìm cách để xây dựng các thế năng của một hệ thống và xét xem những loại chuyển động gì của hạt làm cho nó suy giảm. Có một cách để thực hiện điều này từ quan điểm lượng tử, và nó chỉ ra cho chính xác hành vi đúng . Đối với những người có một số nền tảng về cơ học lượng tử, có một gợi ý tốt về việc xem 30 trang đầu ( hoặc hơn nữa ) cuốn sách giáo khoa của Zee .
Tuy nhiên, chúng ta đã hứa với nhau rằng sẽ không tính toán gì cả . Vì vậy, đây là những điều sẽ được bắt đầu . Chúng ta hãy nhớ lại rằng với vật lý cổ điển, trong sự hiện diện của một trường lực , động lượng không được bảo toàn ( lực sinh ra gia tốc). Tuy nhiên quy tắc Feynman của chúng ta , rõ ràng cũng yêu cầu tính chất bảo toàn động lượng . Vì vậy, chúng ta có thể đưa ra câu hỏi theo một cách khác : lý thuyết lượng tử có thể cung cấp cho chúng ta các loại lực bất kỳ như thế nào ?
Để đi từ một mô hình lượng tử (hạt ảo) đến một mô hình cổ điển ( lực ), bằng cách nào đó chúng ta phải bao gồm các tác động của các hạt lượng tử để tạo ra một hiện tượng vĩ mô. Điều thực sự xảy ra khi một electron và một positron hút lẫn nhau trên một khoảng cách dài là một điều gì đó tựa như thế này :
Điều này trông giống như một trong những biểu đồ mà chúng ta đã xem xét ở trên, ngoại trừ bây giờ có thêm một số photon trạng thái cuối cùng . Electron và positron di chuyển về nhau bằng cách ném các photon đi vào không gian. Một cách chính xác đây giống như những việc mà một phi hành gia bị mắc kẹt sẽ phải làm để quay lại tàu con thoi không gian của mình ( tựa như electron quay về positron vậy ) : Đó là việc anh ta sẽ ném một cái cờ-lê thật mạnh ( hay một vật gì đó ) theo hướng ngược lại và để cho sự bảo toàn động lượng làm tiếp công việc của nó .
Đến đây bạn sẽ nói rằng : "Thật điên rồ! Sách giáo khoa vật lý của tôi nói rằng các hạt tích điện trái dấu hút và đó là nó thôi - không có đề cập đến một loạt các photon thêm vào nào cả . "Vâng đúng vậy , nhưng sách giáo khoa vật lý của bạn cũng nói rằng có cái gì khác nữa : Đó là trường điện từ " . Các photon thêm vào trong hình ảnh cơ học lượng tử xây dựng một cách chính xác trường điện từ trong mô hình cổ điển ! Điều này nghe có vẻ kỳ lạ , nhưng đây là những gì chúng ta giải nghĩa khi nói rằng photon là người vận chuyển lượng tử của lực điện từ : đó là lượng tử của điện trường .
Thật ra chúng ta đã tránh né câu hỏi về cách một lực có 'biết' được liệu nó là lực hút hoặc đẩy hay không . Như vậy đến nay ta mới chỉ giải thích lý do tại sao điều này có thể xảy ra. Câu hỏi là làm thế nào để các photon biết được phát ra từ các hạt là hút hoặc đẩy nhau theo cách như vậy ? Không dễ có lời giải thích đơn giản cho điều này, cách chính xác nhất để xác định từ nguyên tắc đầu tiên là phải thực hiện các tính toán - mà chúng ta lại hứa với nhau rằng sẽ không làm toán ! . Vậy những điều chúng ta cần làm là tìm hiểu lý do tại sao tán xạ electron-electron (lực đẩy) lại khác với tán xạ electron-positron (lực hút). Cách đơn giản nhất để lưu ý rằng hai quá trình có ứng xử khác nhau là chúng sẽ được mô tả bằng hai biểu đồ Feynman khác nhau !
Tán xạ electron-positron được trung hòa bởi các biểu đồ chúng ta đã nói ở trên:
Trong khi tán xạ electron-êlectron được mô tả bởi một cặp đồ thị khác nhau :
Để chắc chắn rằng chúng trông có vẻ tương tự, đặc biệt là những sơ đồ thứ hai , các tính toán thực tế (mà chúng ta không thực hiện !) sẽ cho các kết quả khác nhau . Để có được những ứng xử cổ điển người ta phải bao gồm sự phát xạ của photon trở thành trường điện từ. Kết quả quan trọng là biên độ xác suất lượng tử đối với tán xạ electron-electron thích phát ra các photon theo cách mà các hạt đẩy nhau , trong khi biên độ xác suất lượng tử cho tán xạ electron-positron thích phát ra các photon theo cách mà các hạt hút nhau .
2.7 Lời kết và những công việc trong thời gian tới ...
Phù ! Chao ôi ! Chúng ta đã thật sự nói khá nhiều về QED trong bài viết này. Sắp tới công việc tiếp tục là sẽ khảo sát các chi tiết và quay trở lại bức tranh lớn về thế giới hạt . Chúng ta sẽ mở rộng mô hình bao gồm một số hạt mới và xem xét những điều mà biểu đồ Feynman có thể cho chúng ta biết. Trong bài viết sau , mọi công việc sẽ được thực hiện theo cách của chúng ta (trong những bước nhỏ) đối với các quy tắc Feynman cho các mô hình tiêu chuẩn ; và chúng ta bắt đầu biết đến những loại hiện tượng mà các nhà vật lý hy vọng sẽ quan sát được tại LHC.
2.7 Lời kết và những công việc trong thời gian tới ...
Phù ! Chao ôi ! Chúng ta đã thật sự nói khá nhiều về QED trong bài viết này. Sắp tới công việc tiếp tục là sẽ khảo sát các chi tiết và quay trở lại bức tranh lớn về thế giới hạt . Chúng ta sẽ mở rộng mô hình bao gồm một số hạt mới và xem xét những điều mà biểu đồ Feynman có thể cho chúng ta biết. Trong bài viết sau , mọi công việc sẽ được thực hiện theo cách của chúng ta (trong những bước nhỏ) đối với các quy tắc Feynman cho các mô hình tiêu chuẩn ; và chúng ta bắt đầu biết đến những loại hiện tượng mà các nhà vật lý hy vọng sẽ quan sát được tại LHC.
Theo FLIP TANEDO | USLHC | USA
+++++++++++++++++++++++++++
Nguồn :
1. http://www.quantumdiaries.org/2010/03/07/more-feynman-diagrams-momentum-conservation/
2. http://motionmountain.net/?gclid=CLicq9HckLkCFTF04godymYAUQ
3 .http://www.feynmanlectures.info/FLP_Original_Course_Notes/
4 .http://qed.wikina.org/
Trần hồng Cơ .
Tham khảo - Trích lược .
Ngày 22/08/2013.
-------------------------------------------------------------------------------------------
Toán học thuần túy, theo cách của riêng nó, là thi ca của tư duy logic.
Pure mathematics is, in its way, the poetry of logical ideas.
Albert Einstein .
More about Feynman diagram :
Trả lờiXóaThe momentum and energy *are* conserved at each vertex. However, virtual particles (those that aren’t inputs/outputs) can be ‘off shell,’ meaning that their energy and momenta don’t have to be linked relativistically. That’s why they’re virtual, they violate (for example) energy conservation… but this is okay because they’re not actually observed. You can say that this is due to Heisenberg’s uncertainty principle—you can violate energy conservation, but only for a small amount of time and only virtually.