Nem láthatod a részecskéket. Ha valaki azt mondja neked, hogy nézz meg egy atomot puszta szemmel, nem lesz sok szerencséd. Ugyanez határozottan érvényes, amikor a kvantummechanikáról beszélünk. Ha bármit is meg kell nézned a kvantumskálán, azt különösen nehéznek fogod találni – és ebbe természetesen beletartoznak a részecskék kölcsönhatásai is.
A legjobb, amit tehetsz, az egy diagram. Az egyik leggyakrabban tárgyalt és hivatkozott diagram a Feynman-diagram, amely főként a kvantumrészecskefizikában található. Ennek oka, hogy a Feynman-diagram képes volt forradalmasítani a kvantumfizikai kölcsönhatások ábrázolását az általunk ismert módon, bemutatva az energiaátmenetet, valamint a részecskeátmenetet olyan módon, amelyet korábban nem igazán lehetett fizikailag ábrázolni.
A Feynman-diagramok két különböző “rendű” gondolkodásmódra bonthatók. Ezeket a rendeket (és a köztük lévő területeket) úgy képzelhetjük el, mint piramisokat, különböző szintekkel. Attól függően, hogy hol állsz a piramison, annál több megértést kapsz, mert annál többet látsz magad alatt.
- Alsó rendű diagram. Ezekben a diagramokban a legalapvetőbb áttekintést kapod arról, amit tudnod kell, és megismerheted a részecskék működése mögötti alapvető elméleteket és megértést.
- Magasabb rendű diagram. Minél magasabb rendű diagramhoz jutsz, annál több információt kapsz valószínűleg a perturbációról, valamint a részecskék mozgásának megértéséről. Míg azonban egy diagram képes egy bizonyos pont megértésére, a fizikában szinte létfontosságú, hogy több ábrázolással rendelkezzünk, hogy minden egyenletet megértsünk.
Ezt szem előtt tartva a Feynman-diagramokat jobb úgy elképzelni, mint egy perturbációs sorozatot, ami azt jelenti, hogy ez egy olyan függvénysorozat, amely ott folytatja, ahol az előző abbahagyta, annak érdekében, hogy egy adott egyenletszálat vagy témát jobban megértsünk.
A diagramokat nézve a nem-perturbatív hatások, mint például az alagutasítás, nem jelennek meg, amit fontos megjegyezni, amikor megpróbáljuk megérteni őket. Ez azért történik, mert minden nullánál gyorsabban haladó hatás polinomiálisan nem érinti a Taylor-sorozatot, ami viszonylag gyakran illeszkedik a Feynman-diagramokba.
Ha megnézünk egy tényleges diagramot, a bontásban van néhány fő rész.
Az első dolog, amit meg kell nézni, az egyenesek. A fenti ábrán ezek az egyenesek az elektronokat vagy a pozitront jelképezik, ami lényegében olyan, mint az elektron gonosz ikertestvére – az ellentéte. A nyilak az energia áramlásának irányát mutatják, vagyis azt, hogy az elektronok milyen irányban haladnak. A szaggatott vonal a fotonokat, valamint a gammasugárzás energiáját jelképezi, és a fenti ábrákon az elektronok mozgásának áthidalására szolgál.
Minden diagram két dimenzióban látható, az egyik az idő, a másik pedig az adott térbeli pozíció.
Bár a pontos elhelyezkedés változhat az egyes ábrákon attól függően, hogy függőleges vagy vízszintes, ezek a dimenziók nagyjából minden Feynman-diagramra érvényesek, amit csak látni lehet. Ráadásul a diagramok különböző bonyolultságban találhatók. Például egy egyszerűbb diagram, mint a fentiek, alacsonyabb rendű diagramnak tekinthető, míg valami bonyolultabb a magasabb rendűek közé tartozik.