Нобелын шагналт бүтээл: Файнманы диаграмуудын тухай

Энэ удаагийн нийтлэлээр "надад хэзээ ч байгаагүй гайхалтай багш" гэж биширч явдаг Ричард Файнманы Нобелын шагнал хүртсэн суут бүтээл болох Файнманы Диаграмуудын тухай хүргэж байна. 

20-р зуунд физикчдээс хамгийн төвөгтэй математик гаргалгаа шаардаж байсан салбаруудын нэг нь Квант электродинамик байлаа. Товчхондоо бол цэнэгтэй бөөмс хоорондоо хэрхэн харилцаж байгааг судалдаг салбар бөгөөд "нууцыг нь" тайлсан тохиолдолд ертөнцийн олон үзэгдлийн учир холбогдлыг тайлбарлах боломж олгох байлаа. 

Ямар төвөгтэй болохыг тайлбарлахын тулд нэг жишээ авъя. Хоёр электрон цаг хугацаа-орон зайгаар өөд өөдөөс чиглээд явж байна гэж бодъё. Электрон хасах цэнэгтэй хойно ижил цэнэгүүд хоорондоо түлхэлцэх ёстой гэдгийг физик, химийн хичээл үзсэн хүн бүр мэдэх байх. Харин яагаад түлхэлцээд байна вэ гэдэг нь квант электродинамикийн асуулт болно. Цэнэгийг аваад эргүүлэх юм бол соронзон орон үүснэ. Иймд ямартай ч хоёр электрон маань тус бүртээ цэнэгтэй тул үүссэн соронзон орны үйлчлэлээс болж түлхэлцээд байгаа гэсэн энгийн хариулт гарч ирлээ. Гэхдээ квант электродинамик бол квант физикийн ухагдахуун учраас бүх зүйлсээ quantize хийх ёстой. Ингэсний дараа 2 электронд юу тохиолдсоныг ойлгож болно. Фотон бол гэрлийг зөөдөг бөөмс. Гэрэл гэдэг бол өөрөө электродинамик цацрал учраас цахилгаан соронзон үүссэн тохиолдолд гадагш цацарна гэсэн үг. Цэнэгтэй электроноос нэг юмуу хэд хэдэн фотон гарч яваад хоёр дахь электронтой үйлчлэлцэж түүнд шингэснээр электроныг өөр тийш явуулж байна гэсэн хариулт гарч ирлээ.

Амархан санагдаж байгаа биз? Гэхдээ энэ фотонууд хязгааргүй олон янзаар тарж, хязгааргүй олон янзаар эргэн шингэж болдог. Физикчдийн толгойг өвтгөөд байсан асуудал бол энэ. Хариулт нь хязгааргүй. Энэ үед л асуудлыг магадлалын аргаар хариулахаас өөр аргагүй болно. Өөрөөр хэлбэл энэ тухай бодох тоолондоо өнөөх хязгааргүй бүх боломжуудаа асар их хүнд математикийн тооцооллоор бодож олох хэрэгтэй болсон юм. Энэ үед Ричард Файнманы алдартай диаграм физикчдийг "аварсан" хэрэг. 

Эхний зураг дахь диаграм бол яг үнэндээ томьёо. Өнөөх хязгааргүй гэсэн хариу гаргадаг төвөгтэй асуудлыг Файнман ердөө арван жилийн хүүхэд ойлгохоор зураг болгож хувиргаснаар бусад физикчид КЭД-г цаашид судлахад амар болгосон байлаа. Зурагт харагдаж буй шулуун шугамууд нааш ирж байгаа болон цааш явж буй электронийг илэрхийлж, дунд нь байгаа долгион нэгээс цацарч буй фотоныг дүрсэлж байна. Харин тэр жижигхэн цэгүүд магадлалыг тодорхойлоход асар их тус болно. 

Энэ бол хамгийн энгийн Файнмен диаграм. Ердөө 2 орц, 2 гарцтай, 1 фотонтой, 2 огтолцлын цэгтэй. Энэ нь өнөөх хязгааргүй магадлал дунд хамгийн их тохиолдох магадлалтай нэг хэлбэр нь. За тэгвэл ахиад өөр Файнман диаграм зурахад, жишээ нь 2 фотон цацруулсан гэвэл огтолцлын цэг нь 2 биш 4 болно гэсэн үг. Энгийн Файнманы диаграм 2 цэгтэй, хэрэв 3 цэгтэй диаграм гарч ирвэл тэр нь тохиолдох боломж нь энгийн диаграмаас 100 дахин бага болно. 4 цэгтэй бол 3-аасаа 100 дахин бага магадлалтай буюу 0,01 хувийн магадлалтай гэсэн үг. Энэ мэтээр цаашлах тусам магадлал хязгааргүй руу 100 дахин багассаар байна гэсэн үг. Энийг ашигласнаар өнөөх айхтар тоонуудыг тооцоолоход илүү амар болоод зогсохгүй аль нь тохиолдох магадлал илүү вэ гэдгийг мэдэж болох юм. Энэ л Файнманы суу билиг юм. Хамгийн хэцүүг хамгийн амархан болгож тайлбарлах. 

Файнманы диаграм үүгээр хязгаарлагдахгүй. Энэ бол над шиг мэргэжлийн биш сонирхогчид ойлгогдохоор хамгийн энгийн нь байлаа. Цааш нь бөөмс өөрөө фотоноо шингээх, нэгийг нь цацруулаад нөгөөг нь өөртөө дахин шингээх, хоёулаа фотон гаргаад бүр позитрон буюу нэмэх цэнэгтэй электрон бүтээх гээд олон бий. Бас энэ ганцхан фотоноор зогсохгүй бусад gauge boson болох gluon, Z boson, W /+8-/ boson нараар хоорондоо харилцаж болно. Гэхдээ ямар ч диаграмын тохиолдолд цэнэг хадгалагдах, лептон, барион хадгалагдах хуулиуд үйлчилнэ гэдгийг зурж байхдаа санах хэрэгтэй. 

Интернет дээр Файнманы физикийн хичээлүүд үнэгүй байж байдаг шүү, тэрийг нэг үзээрэй. Ангиас гарч явахдаа биш орж ирэхдээ "Асуулт байна уу?" гэж асуудаг тийм л хачин хэрнээ гайхалтай хүн байсан юм гэдэг.