
企鹅图
在量子场论中,企鹅图是一类费曼图,对于理解标準模型中的CP破坏过程很重要。它们是指夸克暂时改变味的单循环过程(通过W或Z循环),味道变化的夸克参与某种树相互作用,通常是强相互作用。对于某些夸克味,相互作用幅度比其他夸克味更大的相互作用,如CP破坏或Higgs相互作用,这些企鹅进程的幅度可能与直接树进程的幅度相当甚至更大。轻子衰变可以绘製类似的图。
基本介绍
- 中文名:企鹅图
- 外文名:Penguin diagram
- 领域:量子力学
历史
1975年7月,三位俄罗斯理论物理学家Arkady Vainshtein、Valentin Zakharov和MikhailShifman在前苏联的专业物理学期刊JETP Letters上发表了一篇讨论K介子衰变的论文,其中第一次计算了奇异夸克(strange quark)通过下面左图所进行的单圈衰变过程。1995年10月,Mikhail Shifman教授在回忆20年前的这一重要工作时,把相应的费曼图(Feynman diagram)简化,这就是粒子物理学中着名的“企鹅图”。
图1.企鹅图

费曼图
费恩曼图(英语:Feynman diagram)是美国物理学家理察·费曼(即费恩曼)在处理量子场论时提出的一种形象化的方法,描述粒子之间的相互作用、直观地表示粒子散射、反应和转化等过程。使用费恩曼图可以方便地计算出一个反应过程的跃迁机率。
图2.费曼图

在费恩曼图中,粒子用线表示,费米子一般用实线,光子用波浪线,玻色子用虚线,胶子用圈线。一线与另一线的连线点称为顶点。费恩曼图的横轴一般为时间轴,向右为正,向左代表初态,向右代表末态。与时间轴方向相同的箭头代表正费米子,与时间轴方向相反的箭头表示反费米子。
动机与历史
粒子物理学中,计算散射反应截面积的难题简化成加起所有可能存在的居间态振幅(每一个对应摄动理论又称戴森级数的一个项)。用费恩曼图表示这些状态以,比了解当年冗长计算容易得多。从该系统的基础拉格朗日量能够得出费恩曼法则,费恩曼就是用该法则表明如何计算图中的振幅。每一条内线对应虚粒子的分布函式;每一个线相遇顶点给出一个因子和来去的两线,该因子能够从相互作用项的拉格朗日量中得出,而线则约束了能量、动量和自旋。费恩曼图因此是出现在戴森级数每一个项的因子的符号写法。
但是,作为微扰的展开式,费恩曼图不能包含非微扰效应。
除了它们在作为数学技巧的价值外,费恩曼图为粒子的相互作用提供了深入的科学理解。粒子会在每一个可能的方式下相互作用:实际上,居间的虚粒子超越光速是允许的。(这是基于测不準原理,因深奥的理由而不违反相对论;事实上,超越光速对保留相对性时空的偶然性有帮助。)每一个终态的机率然后就从所有如此的机率中得出。这跟量子力学的泛函积分表述有密切关係,该表述(路径积分表述)也是由费曼发明的。
如此计算如果在缺少经验的情况下使用,通常会得出图的振幅为无穷大,这个答案在物理理论中是不能接受的。问题在于粒子自身的相互作用被错误地忽视了。重整化的技巧(是由费曼、施温格和朝永所开发的)弥补了这个效应并消除了麻烦的无穷大项。经过这样的重整化后,用费曼图做的计算通常能与实验结果準确地吻合。
费恩曼图及路径积分法亦被套用于统计力学中。
其他名称
默里·盖尔曼一直将费恩曼图称为斯蒂克尔堡图(Stückelberg diagrams),因为瑞士物理学家厄恩斯特·斯蒂克尔堡(Ernst Stückelberg)发明了一个相近的图。
历史上他们也曾被叫成费恩曼-戴森图或戴森图。
味
在粒子物理学中,味或风味(英文︰Flavour)是基本粒子的一种量子数。在量子色动力学中,味是一种总体对称。另一方面,在电弱理论中,这种对称被打破,因此存在味变过程,例如夸克衰变或中微子振荡。
如果有两种以上的粒子拥有相同的相互作用,那幺它们可以在不影响物理的情况下互相交换。只要两者成正交或互相垂直,这两种粒的任何(複数)线性组合,都会有着相同的物理。换句话说,该理论拥有对称变换,例如
,其中u及d是两种场,而M则是任何行列式为1的2 × 2幺正矩阵。这样的矩阵组成一种叫SU(2)的李群。这是味对称的一个例子。

“味”这个词最早在1968年所创,用于强子的夸克模型。
另见
- 弱相互作用、CKM矩阵及CP破坏
- 量子色动力学、强CP问题及手征性
- 夸克、轻子及强子