Sơ đồ Feynman
Sơ đồ Feynman

Sơ đồ Feynman

Trong vật lý lý thuyết, sơ đồ Feynman (hay biểu đồ Feynman, lược đồ Feynman, giản đồ Feynman) là phương pháp biểu diễn bằng hình ảnh các công thức toán học miêu tả hành xử của các hạt hạ nguyên tử. Phương pháp này mang tên nhà vật lý người Mỹ đã phát minh ra nó là Richard Feynman, khi ông giới thiệu nó lần đầu tiên vào năm 1948.[1] Tương tác giữa các hạt hạ nguyên tử có thể là phức tạp để hiểu bằng trực giác, và biểu đồ Feynman cho phép minh họa một cách đơn giản so với cách miêu tả tương tác thông qua những công thức toán học trừu tượng. Như David Kaiser viết,"từ giữa thế kỷ 20, các nhà vật lý lý thuyết dần dần chuyển sang dùng công cụ này để có thể thực hiện được những tính toán khó khăn", và những"biểu đồ Feynman đã làm cách mạng hóa hầu hết mọi khía cạnh của vật lý lý thuyết".[1] Phạm vi áp dụng chủ yếu của sơ đồ là trong lý thuyết trường lượng tử, ngoài ra nó cũng được ứng dụng trong những ngành khác, như vật lý trạng thái rắn.Feynman đề xuất cách biểu diễn positron như là một electron chuyển động ngược theo dòng thời gian.[2] Do đó, các phản hạt được thể hiện là những đường có hướng di chuyển ngược với trục thời gian trong các sơ đồ Feynman.Việc tính toán biên độ xác suất trong vật lý lý thuyết đòi hỏi sử dụng nhiều tích phân phức tạp trên miền nhiều biến. Tuy vậy, những tích phân này có cấu trúc đồng đều, và có thể minh họa bằng đồ thị như sơ đồ Feynman chẳng hạn. Mỗi sơ đồ Feynman thể hiện một con đường khả dĩ cho các hạt, khi chúng bị hấp thụ hoặc phát ra như miêu tả trong sơ đồ. Chính xác hơn, và về mặt kỹ thuật, biểu đồ Feynman là một biểu đồ thể hiện những đóng góp nhiễu loạn vào biên độ chuyển tiếp hay hàm tương quan của một lý thuyết trường thống kê hay cơ học lượng tử. Với hình thức luận chính tắc của lý thuyết trường lượng tử, biểu đồ Feynman thể hiện một số hạng trong khai triển nhiễu loạn Wick đối với ma trận S. Theo cách khác, hình thức luận tích phân đường của lý thuyết trường lượng tử biểu diễn biên độ chuyển tiếp như là tổng mọi lịch sử khả dĩ của hệ từ trạng thái ban đầu đến trạng thái cuối cùng, đối với cả hạt và trường. Biên độ chuyển tiếp chính là các phần tử trong S-ma trận giữa trạng thái ban đầu và trạng thái cuối cùng của hệ lượng tử.