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Un integral de tipo cuántico multidimensional

Puedo calcular la siguiente integral en un par de líneas a través de Schwinger parametrización, pero la forma de la integral es tan simple, y por lo que recuerdan el resultado de que la multiplicación de un 1D función de las competencias de $x$ modifica la transformada de Fourier de la diferenciación/integración, que creo que hay una buena manera de hacerlo que he echado de menos, de haber pensado en él para un poco. Estoy en lo cierto?

$$\int \mathrm d^3 \mathbf p' \frac 1 {(\mathbf p - \mathbf p')^2} \frac 1 {(\mathbf p'^2+\alpha^2)^2} = \frac {\pi^2} {\alpha(\mathbf p^2+\alpha^2)}$$

Para ser claro, lo que yo quiero es un simple argumento que me dice por qué la forma es tan simple (incluyendo la razón por la recurrencia de las $\mathbf p^2+\alpha^2$ plazo), o un buen motivo para creer que esto es sólo una casualidad.

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Ron Gordon Puntos 96158

No es seguro que esta ayuda, pero mi primera reacción a esto es a integrar en coordenadas esféricas:

$$\int_{\mathbb{R}} \mathrm d^3 \mathbf p' \frac 1 {(\mathbf p - \mathbf p')^2} \frac 1 {(\mathbf p'^2+\alpha^2)^2} = 2 \pi \int_0^{\infty} dp \, \frac{p'^2}{(p'^2+\alpha^2)^2} \, \int_0^{\pi} d\theta \frac{\sin{\theta}}{p'^2+p^2-2 p p' \cos{\theta}}$$

La integral sobre la $\theta$ es relativamente sencillo a través de por ejemplo, subbing $u=\cos{\theta}$:

$$\int_0^{\pi} d\theta \frac{\sin{\theta}}{p'^2+p^2-2 p p' \cos{\theta}} = \frac{1}{2 p p'} \log{\left [\left (\frac{p'+p}{p'-p} \right )^2\right ]}$$

Entonces la integral es ahora una sola integral igual a

$$\frac{\pi}{p} \int_0^{\infty} dp \, \frac{p'}{(p'^2+\alpha^2)^2} \log{\left [\left (\frac{p'+p}{p'-p} \right )^2\right ]}$$

El integrando tiene una logarítmica de la singularidad en $p'=p$; mientras que este es integrable, va a causar un poco de dolor tras la integración por partes, como se va a revelar una integral que inherentemente no convergen:

$$2 \pi \int_0^{\infty} dp \, \frac{1}{p'^2+\alpha^2} \frac{1}{p^2-p'^2}$$

Voy a seguir a lo largo, sin embargo, suponiendo que estamos interesados en el valor principal de Cauchy. Establecimiento $p'=\alpha \tan{\phi}$, la integral se convierte en

$$\frac{2 \pi}{\alpha} \int_0^{\pi/2} \frac{d\phi}{p^2-\alpha^2 \tan^2{\phi}} $$

Usar la simetría para expresar esta integral en términos de una integral de contorno en el plano complejo a subbing $z=e^{i \phi}$:

$$\frac{-i \pi}{2 \alpha} \oint_{|z|=1} \frac{dz}{z} \frac{(z^2+1)^2}{(p^2+\alpha^2) z^4+2 (p^2-\alpha^2) z^2 + (p^2+\alpha^2)}$$

Los polos de el integrando se a $z=0$$z=\pm(p\pm i \alpha)/\sqrt{p^2+\alpha^2}$. El último polos están en el círculo unidad, como se esperaba, pero debido a que estamos interesados en el Cauchy PV, se pueden deformar el círculo, de modo de evitar estos polos; las contribuciones de las deformaciones no contribuyen a la integral de contorno. Así que nos queda con la pole en $z=0$; el contorno integral es $i 2 \pi$ veces el residuo de el integrando en $z=0$, o

$$i 2 \pi \frac{-i \pi}{2 \alpha} \frac{1}{p^2+\alpha^2} = \frac{\pi^2}{\alpha (p^2+\alpha^2)}$$

como se afirmó.

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