Feynman-Diagramme und Feynman-Kalkül Im ersten Kapitel haben wir die vier fundamentalen Wechselwirkungen kennengelernt. Jede Wechselwirkung zwischen Elementarteilchen wird durch den Austausch eines Teilchens (Austauschteilchen) vermittelt. Wir kennen bereits eine Vielzahl verschiedener Wechselwirkungsprozesse wie elektromagnetische Streuprozesse, den Beta-Minus-Zerfall (schwacher Prozess) oder den Zusammenhalt der Quarks aufgrund der starken Wechselwirkung. Wie könnte man solche Prozesse, neben der schon verwendeten "Reaktionsgleichung" (z.B. Paarvernichtung:  e+ + e-à g + g), noch darstellen? Denkt man an die Blasenkammer- aufnahmen (z.B. Abb. rechts), liegt es zunächst nahe, einfach die Bahnen der beteiligten Teilchen zu skizzieren und passend zu beschriften.  Diese Methode ist allerdings auf Dauer viel zu aufwendig und außerdem nicht eindeutig, da die gleiche Reaktion in verschiedenen  Aufnahmen unterschiedlich aussehen kann. Die Darstellung muss allgemeingültig und damit abstrakter sein.  Diese Ansprüche erfüllen die nach dem Physiker Richard Feynman (Abb. rechts) benannten Feynman-Diagramme.  Feynman-Diagramme sind nicht nur eine Darstellungsform für Wechsel- wirkungsprozesse, sondern gleichzeitig auch die Grundlage für Rechen- vorschriften (das sog. Feynman- Kalkül), mit denen sich z.B. der konkrete Wirkungsquerschnitt eines Wechselwirkungsprozesses berechnen lässt.  Entscheidend ist dabei Folgendes: Durch die Auswertung von Experimenten kennt man die Teilchen, die vor und nach einem Wechselwirkungsprozess vorhanden sind. Man weiß also, dass bestimmte Teilchen zusammentreffen (blaue Pfeile) und sich in einem zunächst unbekannten Prozess in andere umwandeln oder auch nach dem Prozess wieder vorhanden sind (rote Pfeile). Die Frage nach dem eigentlichen Wechselwirkungsprozess ist im Prinzip eine Art black-box-Rätsel. Ein Feynman-Diagramm hat daher äußere Linien, die den experimentell beobachtbaren Teilchen entsprechen (zwei Linien und zwei Wellen in der Abbildung Mitte). Die inneren Linien, die den Mechanismus des Wechselwirkungs- prozesses beschreiben, sind noch durch die black-box verborgen. Ohne weitere Erklärungen soll hier zunächst ein mögliches Feynman-Diagramm der Paarvernichtung gezeigt werden (rechte Abbildung).  Nach welchen Regeln ein solches Diagramm aufzustellen bzw. zu "lesen" ist, klären wir auf der nächsten Seite.