Non puoi vedere le particelle. Se qualcuno vi dice di guardare un atomo a occhi nudi, non avrete molta fortuna. Lo stesso vale sicuramente quando si parla di meccanica quantistica. Se hai bisogno di guardare qualcosa sulla scala quantistica, troverai particolarmente difficile – e questo, ovviamente, include le interazioni tra particelle.
Quindi il meglio che dovrai fare è ottenere un diagramma. Uno dei diagrammi più comunemente discussi e referenziati è il diagramma di Feynman, che si trova soprattutto nella fisica quantistica delle particelle. Questo perché il diagramma di Feynman è stato in grado di rivoluzionare il diagramma delle interazioni della fisica quantistica come la conosciamo noi, dimostrando la transizione di energia e il trasferimento di particelle in un modo che non era stato realmente rappresentato fisicamente in precedenza.
I diagrammi di Feynman potrebbero essere suddivisi in due diversi “ordini” di pensiero. Si può pensare a questi ordini (e alle aree intermedie) come a piramidi, con diversi livelli. Più comprensione ottieni a seconda di dove sei sulla piramide, perché più sei in grado di vedere sotto di te.
- Diagramma di ordine inferiore. In questi diagrammi, si ottiene la panoramica più elementare di ciò che è necessario sapere, e si hanno le teorie di base e la comprensione di come funzionano le particelle.
- Diagramma di ordine superiore. Il diagramma di ordine superiore a cui arrivi, più informazioni otterrai probabilmente sulla perturbazione e sulla comprensione del movimento delle particelle. Tuttavia, mentre un solo diagramma ha la capacità di capire un certo punto, in fisica è quasi vitale avere più rappresentazioni per capire tutte le equazioni.
Con questo in mente, i diagrammi di Feynman sono meglio pensati come una serie di perturbazioni, il che significa che è una serie di funzioni che riprendono da dove l’ultima ha lasciato per creare più comprensione di un particolare filo di equazione o argomento.
Quando si guardano i diagrammi, gli effetti nonperturbativi come il tunneling non appaiono, il che è importante da notare quando si cerca di capirli. Questo accade perché qualsiasi effetto che va più veloce di zero è polinomiale non influenza la serie di Taylor, che si inserisce nei diagrammi di Feynman con relativa frequenza.
Se si dà un’occhiata a un diagramma reale, ci sono alcune parti principali nella scomposizione.
La prima cosa da guardare sono le linee rette. Nel diagramma qui sopra, queste linee rappresentano gli elettroni o il positrone, che è fondamentalmente come la versione gemella cattiva dell’elettrone – è l’opposto. Le frecce dimostrano il modo in cui l’energia scorre, o meglio, la direzione in cui viaggiano gli elettroni. La linea ghirigia rappresenta i fotoni così come l’energia dei raggi gamma, ed è usata nei diagrammi sopra per collegare il movimento degli elettroni.
Ogni diagramma è visto su due dimensioni, una è il tempo e l’altra è la particolare posizione nello spazio.
Anche se il posizionamento esatto può variare tra i diagrammi a seconda che sia verticale o orizzontale, queste dimensioni si applicano praticamente a qualsiasi diagramma di Feynman che vedrai là fuori. Inoltre, i diagrammi possono essere trovati in varie complessità. Per esempio, un diagramma più elementare come quelli sopra sarebbe considerato un diagramma di ordine inferiore, mentre qualcosa di più complesso rientra nell’ordine superiore.