Wie interpretiert man das Feymann-Diagramm zweier Photonen, die aneinander gestreut werden?

Ich habe ein Feynmann-Diagramm der Streuung zweier Photonen bei der Kernreaktion angehängt: γ + γ --> γ + γ

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Darf ich fragen, wie man dieses Diagramm interpretieren würde?

Mein Interpretationsversuch besteht darin, dass das Photon unten links mit dem Photon oben links durch eine Art virtuelles Teilchen interagiert (gezeigt durch die schwarze Pfeillinie, bei der ich mir anscheinend nicht vorstellen kann, welches virtuelle Teilchen existieren kann zwischen zwei Photonenstreuungen; können Photonen tatsächlich streuen?). Aus irgendeinem Grund verschwinden die beiden Photonen jedoch in virtuellen Partikeln und tauchen dann wieder in der unteren rechten und oberen rechten Ecke auf.

Darf ich auch fragen, ob es richtig ist, alle Teilchen, die in einem grundlegenden Wechselwirkungsknoten beginnen und enden, der in einem Feynmann-Diagramm gezeigt wird, als virtuelle Teilchen zu interpretieren (wie es in meiner Interpretation der Fall ist)?

Zwei Photonen (diagonal auf dem Diagramm) zerfallen jeweils in ein virtuelles Elektron-Positron-Paar. Die Paare vernichten sich gegenseitig und erzeugen zwei neue Photonen.
@safesphere Danke für die Antwort, aber sagen Sie, dass die Photonen unten links und oben rechts jeweils in ein virtuelles Elektronenpositionspaar zerfallen, von dem das Paar vernichtet wird, um zwei neue Photonen zu erzeugen? Aber ich dachte, Feynmann-Diagramme werden per Konvention von links nach rechts gelesen, da die Zeit von links nach rechts zunimmt. Sollten wir also die beiden Photonen links als „Reaktanten“ der Kernreaktion betrachten?
Ich denke, man kann es so oder so interpretieren. So wie Sie es gezeichnet haben, wird das obere linke Photon von dem Elektron absorbiert, das vom unteren linken Photon erzeugt wird. Und das untere rechte Photon wird von dem Positron emittiert, das durch das untere linke Photon erzeugt wird. Dann annihilieren das Elektron und das Positron in der oberen rechten Ecke. Ich denke, das macht keinen Unterschied, wie Sie den Prozess interpretieren, solange die Gesamtenergie und der Impuls erhalten bleiben. Hoffentlich klären QFT-Experten mit Formeln auf.

Antworten (1)

Nach meinem Verständnis von QED geht es so:

Alles, was wir wissen können, sind die Anfangs- und Endzustände: 2 Anfangs- und 2 Endzustände mit eindeutigem Impuls.

Was dazwischen passiert ist: alles. Das ist jedoch zu viel, also machen wir eine perturbative Expansion der Amplitude. Dieses Diagramm ist die führende Ordnung, in der die Photonen an einem virtuellen Elektronenpositionspaar (oder einem anderen geladenen Teilchen, aber bleiben wir dabei) streuen e + e − ).

Ein wichtiges Merkmal von Feynman-Diagrammen ist, dass der Viererimpuls an allen Scheitelpunkten erhalten bleibt: Daher sind die Elektronen außerhalb der Schale:

P μ P μ ≠ M e 2

Das heißt, es ist ein virtuelles Teilchen.

Also, was ist das Vier-Impuls? Basierend auf der früheren Aussage, dass "alles" passieren kann, kann es einen beliebigen vier Impuls haben, solange er an den Scheitelpunkten erhalten bleibt. Also muss man sich integrieren D 4 P .

Was die Interpretation betrifft, die 2 Photonen werden von einem Teilchen absorbiert und später wieder aufgenommen: Das kann irreführend sein.

Im t-Kanal (Streuung) ist das Diagramm zeitlich nicht geordnet. Das Austauschteilchen hat einen raumähnlichen Viererimpuls und das Feynman-Diagramm repräsentiert zwei zeitgeordnete Diagramme der alten Schule. ("A" sendet ein Photon aus, das "B" dann absorbiert , und "B" sendet ein Photon aus, das "A" dann absorbiert).

Im s-Kanal (Vernichtung) stellt das Diagramm beide Fälle dar:

1) Die Teilchen im Anfangszustand vernichten sich zu einem virtuellen Teilchen, das dann in die Teilchen im Endzustand zerfällt

2) Die Teilchen im Endzustand werden emittiert, während ein virtuelles Teilchen erzeugt wird, das dann durch Absorption der Teilchen im Anfangszustand zerstört wird.

Also würde ich den Operationen in einem Feynman-Diagramm mit einiger Beklommenheit eine Reihenfolge zuweisen. Der Schlüssel liegt darin, alle sich kreuzenden Symmetrien (den u-Kanal) einzubeziehen, da die Photonen im Endzustand identische Teilchen sind. (Ich denke, Sie müssen alle Indizes permutieren, um die Amplitude der führenden Ordnung zu berechnen - wenn Sie also die Emission und Absorption zeitlich ordnen können, warum sollten Sie sich die Mühe machen, es ist sowieso nur die Hälfte oder ein Viertel der Geschichte.)

Vielen Dank für die ausführliche Antwort, aber darf ich fragen, was Sie mit zeitgeordnet in "Im T-Kanal ist das Diagramm nicht zeitgeordnet" meinen? Außerdem haben Sie im ersten Fall des von Ihnen vorgeschlagenen s-Kanals erwähnt, dass "die Teilchen im Anfangszustand zu einem virtuellen Teilchen vernichten". Aber wie können zwei Photonen vernichten, wenn Photonen Teilchen und auch ihre eigenen Antiteilchen sind?
vor Feynman (und Schwinger, Tomonaga und Dyson) gab es altmodische Störungstheorie. Die Berechnung dauerte ein Jahr e − e + → e − e + . Sie hatten Diagramme. Viele von ihnen, weil sie zeitlich bestellt waren. Sie mussten verschiedene Diagramme einfügen, damit ein virtuelles Elektron-Positron-Photon erscheint und das Photon die austretenden Teilchen vernichtet und verschiedene reale Teilchen hinterlässt, zusätzlich zur normalen Vernichtung eines Photons, das zu einem Paar wird. Diese beiden Prozesse sind in 1 Feynman-Diagramm dargestellt. Ebenso bei der Streuung: Der Teilchenaustausch hat keine Zeitrichtung. Siehe: Mandelstam-Variablen.
@JEB Ich glaube nicht, dass sie vor Feynman Diagramme hatten. Ich hatte das Glück, Feynman bei einem Workshop zu treffen und ihn beschreiben zu hören, wie er zum Konzept der Feynman-Diagramme kam. Ich habe es hier geteilt physical.stackexchange.com/questions/14028/seeing-the-solution/…
@annav Super. Ich nahm an seinem letzten Kurs (QCD) teil, und er erwähnte es nicht. Ich dachte, OFPT-Diagramme hätten Impuls erhalten, aber keine Energie am Scheitelpunkt mit verschiedenen für Teilchen / Antiteilchen, daher waren sie nicht offensichtlich kovariant, und selbst ein Prozess auf Baumebene bestand aus vielen Diagrammen mit vielen Integralen. Dann macht Feynman sein Ding, und das Baumebenendiagramm ist im Grunde genommen eine Abkürzung für die Antwort, und wie Sie sagten: Er hat einfach alle umgehauen. Besonders Kreuzungssymmetrie, wo zB Compton-Streuung nur Vernichtung ist T → S . Ich habe in dieser Klasse jedoch kaum durchgehalten.
Wie interpretiert man das Feymann-Diagramm zweier Photonen, die aneinander gestreut werden?
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