Kısaca Feynman Diyagramları Ne İşe Yarıyor ?

Kuantum elektrodinamiği (KED), özünde, elektromanyetik kuvveti açıklayan bir "göreceli alan teorisi"dir; elektromanyetik kuvvetin foton alışverişi yoluyla nasıl aktarıldığını açıklar. Bu durumda fotonlar "ayar bozonları" gibi davranırlar ve ölçülebilir anlamda tespit edilebilir olmaları gerekmez.

Matematiksel olarak karmaşık olmasına rağmen KED'in temelleri Richard Feynman tarafından geliştirilen yaklaşım sayesinde nispeten kolay anlaşılır hale getirilmiştir ve özel görelilik ile kuantum fiziğini başarılı bir şekilde birleştiren bir teori olmuştur.

Bir Feynman diyagramı, parçacıkların, etkileşime girdikleri tepe noktası adı verilen bir noktaya yaklaşan düz çizgiler olarak temsil edilebileceğini gösterir. Etkileşimde hangi kuantum alanının baskın olduğuna bağlı olarak bozonun değişimi söz konusudur. Gösterge bozonları dalgalı çizgilerle gösterilir ve etkileşimden kaynaklanan parçacıklar yollarına devam ederler.^[1]

KED, fotonların aracılık ettiği elektromanyetik etkileşimleri tanımlar; yani kuantum mekaniğini bir elektrik alanı tanımı ve atomaltı parçacıklarla birleştirir. Feynman bütün olası etkileşimlerin olasılıklarını çözmeye çalışırken bu grafik notasyonu geliştirmiştir.

Diyagramlarda genellikle sağa gidildikçe zaman da ilerler; bu nedenle etkileşime giren ve çıkan elektronlar sağa yönelmiş oklarla gösterilir. Hareketi anlamak için de genellikle hafif eğimli olurlar. Karşı parçacıkların (bunlar gerçek parçacıkların zamanda geriye giden karşılıkları olduğundan) okları geriye doğru yani sağdan sola olur.^[2]

Bazı Örnekler;

Gelen elektron (soldan gelen ok) üçlü kesişim noktasında elektromanyetik bir etkileşime girer ve yeni bir elektron (sağa devam eden ok) ile bir foton (dalgalı çizgi) üretir. Bu gösterim foton yayan bir proton için de kullanılabilir.

Gelen bir parçacık bir foton soğuruyor ve daha enerjili bir elektron üretiyor.

Oklar ters yönlü, yani bunlar karşıt parçacıklar olmalı. Burada bir karşı elektron ya da karşı proton (soldaki ok) bir foton soğuruyor ve yeni bir pozitron (sağdaki ok) üretiyor.

Bir elektron ile bir pozitron birleşiyor ve yok oluyorlar. Bu sırada ortaya çıkan enerji de foton olarak yayılıyor.

Bir parçacık ile karşıt parçacığının birleşip yok olduğu ve ortaya çıkan fotonun da sonra bozunarak yine bir parçacık-karşı parçacık çiftine dönüştüğü gösteriliyor.^[3]

Bu diyagramlar yalnızca etkileşimleri kısa yoldan ve uygun biçimde gözümüzde canlandırmaya yaramıyordu, aynı zamanda etkileşimin olasılığı hakkında da fikir veriyordu. Bir etkileşimin ne kadar olası olduğunu ortaya çıkarmak için oraya giden kaç değişik yol olduğunu bilmek gerekir işte, diyagramların kendini gösterdiği yer burasıdır.

Bu köşeler birçok farklı etkileşim tipini göstermek için de kullanılabilirler. Hepsi de aynı temel kuralları izler. Enerji korunmalıdır.^[4]

KED' den sonra fizikçiler, kuantum kromodinamik (KKD) denen, kuarkların renk kuvveti alanı teorisini de dahil ettiler.