Comprender el diagrama de Feynman de la producción de pares

La conservación de la energía y el momento no permite que un solo fotón se rompa en dos partículas. Esto es claro si observa el sistema del centro de masa de los productos: tienen una masa invariable dada al menos por el doble de la masa en reposo de los electrones, si se producen en el umbral. El fotón entrante no tiene un centro de masa ya que su masa es cero. Entonces, un solo fotón no puede decaer en un par de partículas.

El diagrama es el diagrama de Feynman apropiado que muestra cómo puede ocurrir la producción de pares si existen campos eléctricos, que se muestran por las cargas Z de un núcleo, positivo para el núcleo negativo para los electrones circundantes, y la X que muestra el vértice del fotón virtual. del campo solo cubre que podría ser una interacción con el campo de un electrón o una interacción con el campo del núcleo.

Los diagramas de Feynman son representaciones icónicas que tienen una correspondencia uno a uno con las integrales que pueden calcular las secciones transversales de las interacciones.

La línea interna e es un electrón virtual , una función integrada, hasta que toma un impulso definido y un vector de energía que golpea el campo. La gamma de la X al electrón virtual también es virtual.

Un ejemplo clásico del diagrama de Feynman de orden más bajo para una reacción más simple que explica la función de una partícula virtual:

Una partícula virtual tiene todos los números cuánticos de su nombre excepto que está fuera de la capa de masa y su masa aparece en el propagador debajo de la integral.

En la imagen de esta pregunta, se puede ver al electrón espectador en la creación del par electrón-positrón. El núcleo es pesado y no aparece en las cámaras de burbujas ya que al conservar el impulso no tiene una velocidad lo suficientemente alta como para viajar cualquier longitud antes de perder su energía.

El$Z$significa un núcleo. Como se describe en el artículo de Wikipedia,

La producción de pares a menudo se refiere específicamente a un fotón que crea un par electrón-positrón cerca de un núcleo ...

Entonces el$Z$y la cruz simplemente marca de dónde viene el segundo fotón, ya que solo hay un fotón en la primera imagen.

El$e$simplemente etiqueta que la línea es un electrón (virtual).

Dada la fuente de las imágenes , el diagrama parecía decir "lo que está pasando" en la producción de pares, en lugar de usarlo para hacer el cálculo QED. El$Z$la etiqueta no es significativa en la interacción. En la página, todas las partículas virtuales están etiquetadas para ilustrar la regla de "conservación de electrones", por lo que la$e$.