IB物理的费曼图考点有哪些？如何利用费曼图解释粒子间相互作用的过程？

费曼图是用来描述基本粒子间相互作用的图形化表示，由诺贝尔物理学奖得主、著名物理学家理查德费曼（Richard Feynman）提出，十分清晰直观。虽然真正的费曼图可以用来做更深奥的数学计算，但是在IB物理中，考纲要求掌握的技能是Sketching and interpreting simple Feynman diagrams，即只需要会画和理解简单的费曼图、能用费曼图解释粒子间相互作用的过程。 注：本文涉及的概念仅限于IB物理要求的内容，有些通常会在费曼图介绍中出现的知识比如“费米子”在IB物理中不做要求，故下文不会出现。 但第一个问题是，同学们在不同教材上会见到两种不同的费曼图。在Oxford的IB教材中，表示电子间通过光子传递电磁作用力（排斥力）的费曼图长这样： 在Cambridge的教材中，表示同一个过程，费曼图变成了这样： 这两张图都属于“空时图像”，横纵轴分别表示空间和时间。两种图的本质区别是：第一张图向上为时间轴、向右为空间轴；第二张图向右为时间轴、向上为空间轴。追溯历史渊源的话，费曼老人家1949年第一次发表用到费曼图的论文《正电子理论》（The Theory of Positrons）中画的是向上的时间轴，属于原始传统的画法，但是现在更多物理学家会选择向右为时间轴的画法。 那考试中的费曼图呢？一言以蔽之：两种都会考！所以要看清楚标注的轴，一般会把时间轴标出来，用箭头表示从初状态到末状态，谁先谁后一目了然。 举个例子，来看一道2018年的选择题，采取的是向右的时间轴： 而2017年的解答题，采用的是向上的时间轴： 接下来我们先总结费曼图的三个关键知识点，然后来讲解这两道真题。下面涉及到的一些粒子名称和术语的中英文对照见文末。 1. 用带箭头的实线表示夸克和轻子等基本粒子（有时候也会表示复合粒子如质子、中子），用波浪线表示交换粒子（光子、胶子、 和 波色子、引力子） 2. 箭头顺时间方向表示正粒子，逆时间方向表示反粒子 3. 所有的反应都遵循三个守恒 (1)电荷数守恒 (2)重子数守恒 (3)子数守恒 来看前面的第一道题完整的题目： 这道题考的是正负电子的湮灭和产生，而选项的设置非常善良，只需要根据【箭头逆时间方向表示反粒子】这一条规律判断就可以了，因此正电子e⁺应该用向左的箭头，负电子e⁻应该用向右的箭头。图中用红色圈出的箭头都画反了，所以D选项是正确的。 再来看第二道题： 这道题是一个质子和一个电子通过W⁺波色子传递的弱相互作用生成一个中子和产物X，要判断产物X的话就要用到三个守恒定律了，我们逐一检验一下： 1. 电荷守恒：1+(-1)=1+x，质子和电子的正负电荷抵消，总电荷量是0，而中子不带电，所以X也是中性的。 2. 重子数守恒：1+0=1+x，质子的重子数为1，电子为0，中子为1，所以X的重子数也为0，即X是个轻子。 3.（电）轻子数：0+1=0+x，质子中子的电轻子数为0，电子为1，所以X的电轻子数也为1。 综上所述，X是一个电轻子数为1的中性轻子，所以X就是电子中微子。 关于费曼图大家掌握到这里就可以了，你清楚了吗？

一些粒子名称和术语的中英文对照

夸克 Quark 轻子 Lepton 质子 Proton 中子 Neutron 交换粒子 Exchange particle 光子 Photon 胶子 Gluon 波色子 Boson 引力子 Graviton 重子数 Baryon number 轻子数 Lepton number 电轻子数 Electron lepton number 电子中微子 Electron neutrino

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