Je kunt geen deeltjes zien. Als iemand je vertelt dat je met je blote ogen naar een atoom moet kijken, zul je niet veel geluk hebben. Hetzelfde geldt zeker als we het hebben over kwantummechanica. Als je iets op kwantumschaal moet bekijken, zal je dat bijzonder moeilijk vinden – en daar horen natuurlijk ook deeltjesinteracties bij.
Het beste wat je dus kunt doen is een diagram erbij pakken. Een van de meest besproken diagrammen is het diagram van Feynman, dat vooral in de kwantumdeeltjesfysica wordt gebruikt. Dit komt omdat het Feynman diagram in staat was om een revolutie teweeg te brengen in het diagrammen van quantum fysica interacties zoals wij die kennen, door de overgang van energie en deeltjesoverdracht aan te tonen op een manier die voorheen nog niet echt fysisch was voorgesteld.
De Feynman diagrammen zouden kunnen worden onderverdeeld in twee verschillende “orden” van denken. Je kunt deze orden (en de gebieden ertussen) zien als piramides, met verschillende niveaus. Hoe meer begrip je krijgt, hangt af van waar je je op de piramide bevindt, want hoe meer je in staat bent om onder je te zien.
- Diagrammen van de lagere orde. In deze diagrammen krijg je het meest elementaire overzicht van wat je moet weten, en heb je de basistheorieën en het begrip achter de werking van de deeltjes.
- Hogere-ordediagram. Hoe hoger het diagram, hoe meer informatie je waarschijnlijk krijgt over de verstoring en het begrip van de deeltjesbeweging. Maar terwijl één diagram de mogelijkheden heeft om een bepaald punt te begrijpen, is het in de natuurkunde bijna van vitaal belang om meerdere voorstellingen te hebben om alle vergelijkingen te begrijpen.
Met dit in gedachten, kunnen de diagrammen van Feynman beter worden beschouwd als een perturbatiereeks, wat betekent dat het een reeks functies is die verder gaan waar de vorige ophield om meer begrip te krijgen van een bepaalde vergelijkingsdraad of een bepaald onderwerp.
Als men naar de diagrammen kijkt, zijn niet-perturbatieve effecten zoals tunneling niet te zien, wat belangrijk is om op te merken als men probeert ze te begrijpen. Dit gebeurt omdat elk effect dat sneller gaat dan nul polynomiaal is, geen invloed heeft op de Taylor-reeks, die relatief vaak in de Feynman-diagrammen past.
Als je naar een echt diagram kijkt, zijn er een paar hoofdonderdelen in de uitsplitsing.
Het eerste waar je naar moet kijken, zijn de rechte lijnen. In het bovenstaande diagram stellen deze lijnen elektronen of positronen voor, die in feite de duivelse tweelingversie van het elektron zijn – het is het tegenovergestelde. De pijlen tonen de manier waarop de energie stroomt, of beter gezegd, de richting waarin de elektronen reizen. De kronkelende lijn vertegenwoordigt zowel fotonen als gammastralenergie, en wordt in bovenstaande diagrammen gebruikt om de beweging van de elektronen te overbruggen.
Elk diagram heeft twee dimensies, waarvan de ene de tijd is en de andere de specifieke positie in de ruimte.
Hoewel de exacte positie per diagram kan verschillen, afhankelijk van of het een verticaal of horizontaal diagram is, zijn deze dimensies van toepassing op vrijwel elk Feynman-diagram dat je tegenkomt. Bovendien zijn de diagrammen te vinden in verschillende complexiteit. Bijvoorbeeld, een meer elementaire diagram zoals hierboven zou worden beschouwd als een lagere orde diagram, terwijl iets complexer valt in hogere orde.