¿Cómo interpretar el diagrama de Feymann de dos fotones que se dispersan?

Adjunto un diagrama de Feynmann de dos fotones dispersándose con la reacción nuclear: γ + γ --> γ + γ

ingrese la descripción de la imagen aquí

¿Puedo preguntar cómo se interpretaría este diagrama?

Mi intento de interpretar es que el fotón en la parte inferior izquierda interactúa con el fotón en la parte superior izquierda por alguna forma de partícula virtual (mostrada por la línea de flecha negra, que parece que no puedo entender qué partícula virtual puede existir entre la dispersión de dos fotones; de hecho, ¿pueden dispersarse los fotones?). Sin embargo, por alguna razón, los dos fotones desaparecen en algunas partículas virtuales y luego vuelven a aparecer en las esquinas inferior derecha y superior derecha.

¿Puedo preguntar también si es correcto interpretar cualquier partícula que comience y termine en un vértice de interacción básico que se muestra en un diagrama de Feynmann como una partícula virtual (como es el caso en mi interpretación)?

Dos fotones (en diagonal en el diagrama) se descomponen cada uno en un par virtual electrón-positrón. Los pares se aniquilan de forma cruzada produciendo dos nuevos fotones.
@safesphere Gracias por la respuesta, pero ¿está diciendo que los fotones en la parte inferior izquierda y en la parte superior derecha se descomponen en un par virtual de posiciones de electrones, de los cuales el par se aniquila para producir dos nuevos fotones? Pero pensé que los diagramas de Feynmann se leen de izquierda a derecha por convención, ya que el tiempo aumenta de izquierda a derecha. Por lo tanto, ¿debemos considerar los dos fotones de la izquierda como el 'reactivo' de la reacción nuclear?
Creo que se puede interpretar de cualquier manera. De la forma en que lo has dibujado, el fotón superior izquierdo es absorbido por el electrón producido por el fotón inferior izquierdo. Y el fotón inferior derecho es emitido por el positrón producido por el fotón inferior izquierdo. Luego, el electrón y el positrón se aniquilan en la esquina superior derecha. Creo que esto no hace ninguna diferencia en cómo interpretas el proceso, siempre que se conserve la energía y el impulso general. Esperemos que los expertos de QFT lo aclaren con fórmulas.

Respuestas (1)

En cuanto a mi comprensión de QED, es así:

Todo lo que podemos saber son los estados inicial y final: 2 estados iniciales y 2 finales de cantidad de movimiento definida.

Lo que sucede en el medio es: todo. Sin embargo, eso es demasiado, así que hacemos una expansión perturbativa de la amplitud. Este diagrama es el orden principal, donde los fotones se dispersan de un par virtual de posición de electrones (o cualquier otra partícula cargada, pero sigamos con mi + mi − ).

Una característica importante de los diagramas de Feynman es que el cuatro impulso se conserva en todos los vértices: por lo tanto, los electrones están fuera de la capa:

pag m pag m ≠ metro mi 2

Es decir, es una partícula virtual.

Entonces, ¿cuál es el impulso cuatro? Basado en la declaración anterior de que "todo" puede suceder, puede tener cuatro impulsos, siempre que se conserve en los vértices. Entonces, tienes que integrarte d 4 pag .

Con respecto a la interpretación, los 2 fotones son absorbidos por una partícula y luego readmitidos: eso puede ser engañoso.

En el canal t (dispersión), el diagrama no está ordenado en el tiempo. La partícula de intercambio tiene cuatro impulsos similares al espacio y el diagrama de Feynman representa 2 diagramas ordenados en el tiempo de la vieja escuela. ("A" emite un fotón que "B" luego absorbe y "B" emite un fotón que "A" luego absorbe).

En el canal s (aniquilación) el diagrama representa ambos casos:

1) Las partículas del estado inicial se aniquilan en una partícula virtual que luego se desintegra en las partículas del estado final

2) las partículas del estado final se emiten mientras se crea una partícula virtual que luego se destruye absorbiendo las partículas del estado inicial.

Así que asignaría un orden a las operaciones en un diagrama de Feynman con cierta inquietud. La clave es incluir todas las simetrías de cruce (el canal u) porque los fotones del estado final son partículas idénticas. (Creo que tiene que permutar todos los índices para calcular la amplitud del orden principal; por lo tanto, si puede ordenar en el tiempo la emisión y la absorción, ¿por qué molestarse? De todos modos, es solo la mitad o una cuarta parte de la historia).

Muchas gracias por la respuesta detallada, pero ¿puedo preguntar qué quiere decir con orden de tiempo en "En el canal t, el diagrama no está ordenado por tiempo"? Además, en el primer caso del canal s que propuso, mencionó que "las partículas del estado inicial se aniquilan en una partícula virtual". Pero, ¿cómo pueden aniquilarse dos fotones cuando los fotones son partículas y también sus propias antipartículas?
antes de Feynman (y Schwinger, Tomonaga y Dyson), existía la teoría de la perturbación a la antigua. Tardó un año en calcular mi − mi + → mi − mi + . Tenían diagramas. Muchos de ellos, porque fueron ordenados en el tiempo. Tenías que incluir diferentes diagramas para que apareciera un electrón-positrón-fotón virtual y el fotón aniquilara las partículas existentes, dejando diferentes partículas reales, además de la aniquilación normal a un fotón que se convierte en un par. Ambos procesos están en 1 diagrama de Feynman. Lo mismo ocurre con la dispersión: el intercambio de partículas no tiene una dirección temporal. Ver: Variables de Mandelstam.
@JEB No creo que tuvieran diagramas antes de Feynman. Tuve la fortuna de conocer a Feynman en un taller y escucharlo describir cómo llegó a él el concepto de los diagramas de Feynman. Lo he compartido aquí physics.stackexchange.com/questions/14028/seeing-the-solution/…
@annav Impresionante. Tomé su última clase (QCD) y no lo mencionó. Pensé que los diagramas OFPT conservaban el impulso pero no la energía en el vértice con diferentes para partículas/antipartículas, por lo que no eran manifiestamente covariantes, e incluso un proceso a nivel de árbol era muchos diagramas con muchas integrales. Entonces Feynman hace lo suyo, y el diagrama de nivel de árbol es básicamente una abreviatura de la respuesta, y como dijiste: simplemente dejó boquiabiertos a todos. Especialmente simetría cruzada, donde, por ejemplo, la dispersión de Compton es solo aniquilación con t → s . Sin embargo, estaba cebada aguantando en esa clase.
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