Note115 フォトン（光子）の崩壊・GN粒子（１）

（量子電磁気力学QED編)

今日はちょっと遊んでみようと思います。

GN粒子はフォトンの崩壊と言う現象によって発生する特殊な粒子？
※電子の崩壊=>http://blogs.yahoo.co.jp/cat_falcon/21906295.html

という事になっている。もちろん架空の粒子。
結論から言えば電磁（光子）相互作用を扱う場の量子論（QED）の範疇ではフォトン（Ｐｈｏｔｏｎ）は崩壊出来ない。例えば

これらは場の量子論（QED）が許さない。つまり場の量子論（QED）では次のような図は許されない。

なので次のようなFeyman図も存在しない。

そうすると「では光子同士は相互作用しないのか？」と思うが次のような高次のFeynman図は描く事が出来る。まあ、これを光子同士の相互作用とは言わないと言えばそうかもしれないが場の量子論では相互作用はこのような仮想粒子の仲介によるものだと考えられている。ただ間にあるフェルミオンの対生成・消滅の内線は仮想粒子なので観測されないから観測上は光子同士がぶつかって散乱してるような現象になると思う。

それでこのFeynman図は頂点が４個あるので４次のFeynman図になっている。こんなケースでも簡単な見積もりは結合定数αの掛け算で算出できる。http://blogs.yahoo.co.jp/cat_falcon/16852296.html

４次なのでこんな反応の寄与は

なので確率振幅としては

つまり0.0000003％程度で（極めて稀に）しか起きない。

逆に言えばこんなことは滅多に起きない。一々光子が勝手に散乱していたら我々はいつも霧が掛かったようにしか物が見えないかもしれない。なのでこの低い確率のお陰で物をちゃんと見る事が出来ると言う事も出来なくは無い。ただし、次のようなFeyman図は存在する。

一見、光子がフェルミオンと反フェルミオンに崩壊しているように見えるがここに描かれたこの図では光子は仮想粒子なので観測されるフォトンでは無い。つまりこれはフェルミオンと反フェルミオンの散乱過程に過ぎない。だったら次のようなFeynman図はどうなんだ？

これは粒子の対生成。例えば次のような過程がある。

このFeynman図では粒子の対生成は対消滅を伴っているから二つの粒子が放出される事は無い。しかも粒子の対生成、対消滅の過程は仮想粒子になっているからこの過程も観測される事は無い。そんなわけで残念（？）だがどう頑張ってもフォトン崩壊は存在できない。どうしても崩壊させたいならラグランジアン密度を変更しなければならないだろう。というのもFeynman図のパタンはそもそもラグランジアン密度を元にひねり出された図形だからだ。と言う事は現在、電磁相互作用の理論として人類が手にした最高の理論を誇るラグランジアン密度を捨てなければならない事になる。仮にフォトン崩壊を描く事の出来るラグランジアン密度を誰かが作ったとしてもそれがかつて人類が手にしたラグランジアン密度で説明できていた膨大な現象説明能力を失うならそんなラグランジアン密度は要らない！！
もしかするとフォトン崩壊というSFはタイムマシンやワープや死者が蘇るという設定よりも酷い設定かも知れない。

ところがギッチョン！！光子崩壊という単語はある。
これは「光子に崩壊」という意味なので注意を。

仮想粒子　＝＞　http://blogs.yahoo.co.jp/cat_falcon/16299246.html

場の量子論では相互作用はこのような仮想粒子の仲介によるものだと考えられている。Feynman図では２点を結ぶ線として書かれる。さらに観測されない。
SF的に言えば光速度の制限は無いので超光速も可能。＝＞仮想粒子！！

ただし、別の理論では陽子（Ｐｒｏｔｏｎ）は崩壊する可能性が指摘されているようです。