Diagramme de Feynman

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Dans ce diagramme de Feynman, un électron et un positron s'annihilent en produisant un photon virtuel qui devient une paire quark-antiquark, puis émettent un gluon. (Le temps va de gauche à droite, et la dimension spatiale va de haut en bas.)

Un diagramme de Feynman est un outil inventé par le physicien américain Richard Feynman à la fin des années 40 alors qu’il était en poste à l’Université Cornell^[1], pour réaliser les calculs de dispersion en théorie quantique des champs. Les particules sont représentées par des lignes, qui peuvent être dessinées de plusieurs façons en fonction du type de particule représenté. Un point où des lignes se connectent est appelé vertex d'interaction, ou simplement vertex. Les lignes peuvent être de trois catégories : les lignes internes (qui connectent deux vertex), les lignes entrantes (qui s'étendent depuis « le passé » vers un vertex et représentent un état initial non interactif) et les lignes sortantes (qui s'étendent depuis un vertex vers « le futur » et représentent un état final non interactif). Habituellement le bas du diagramme représente le passé et le haut du diagramme représente le futur.

Les diagrammes de Feynman sont une représentation graphique d'un terme ^? dans la décomposition perturbative d'une amplitude de dispersion pour l'expérience définie par les lignes entrantes et sortantes. Dans certaines théories quantique des champs (notamment l'électrodynamique quantique), on peut obtenir une excellente approximation de l'amplitude de diffusion à partir de quelques termes de la décomposition en perturbations, correspondant à quelques diagrammes de Feynman simples avec les mêmes lignes entrantes et sortantes connectées par différents vertex et lignes internes.

Les diagrammes de Feynman sont fréquemment confondus avec les diagrammes d'espace-temps et les images des chambres à fils à cause de leur ressemblance, mais ils n'ont que peu de rapport entre eux. Les diagrammes de Feynman sont simplement des graphes ; il n'y a pas de notion de position dans ces diagrammes, et il n'y a pas de notion de temps à part la distinction entre les lignes entrantes et sortantes. Enfin, seulement quelques diagrammes de Feynman peuvent être considérés comme représentant l'interaction d'une particule donnée ; les particules ne choisissent pas un diagramme particulier chaque fois qu'elles interagissent.