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¿Por qué estoy equivocado acerca de cómo ver la teoría de gauge?

Edit: sé que ha habido algunas preguntas similares pero no creo que ninguna había bastante articuladas a mi en particular confusión.

Si el calibrador simetrías son realmente los despidos en nuestra descripción de contabilidad para no físico grados de libertad, entonces, ¿cómo puede uno explicar la profunda y poderosa hecho de que si uno comienza con, por ejemplo, sólo fermiones y sin medidor de campo en la teoría (sin interacciones y no dinámica), pero impone entonces que la teoría de ser invariantes bajo local U(1) transformaciones, entonces uno encuentra un campo de vectores debe ser introducido?

Tenga en cuenta que yo no tenía ningún campo de vectores en mi teoría, antes de que me exigió la invariancia bajo calibre simetría. Si uno piensa en el campo de vectores como en la teoría, para empezar, a continuación, puedo ver cómo se podría ver a la imposición de los locales de la simetría como una necesaria limitación para eliminar el exceso de grados de libertad - tienes un A_mu, que la cosa tiene 4 grados de libertad y se debe de tener sólo 2. Pero si me imagino que yo no sabía nada acerca de los fotones o el campo electromagnético, y necesito mi teoría de fermiones de tener este U(1) la simetría, entonces el vector de potencial surge como el mecanismo para hacer cumplir esa simetría. Inicio sin interacciones, axiomáticamente o arbitrariamente que requieren medidor de simetría tiene el poder de producir no sólo medidor de campos en la teoría, pero el número correcto de ellos y con la correcta auto-interacciones (o falta de ellos).

Supongo que se podría decir que SU(3) sólo pasa a trabajar porque no acaba de pasar a ser 8 gluones, de igual manera para SU(2) y U(1), pero no que se parece terriblemente al azar y torpe (o antinatural...)? No se parece mucho más natural y coherente que decir que hay 8 gluones, precisamente porque hay 8 generadores de SU(3), y así sucesivamente? Si yo empiezo mi teoría, sin el medidor de campos, a continuación, a mí me parece que no tiene sentido decir que el sorprendentemente poderoso principio de requerir la invariancia gauge sólo representa una redundancia en un campo que aún no he puesto en mi teoría, sin embargo y es posible que no desee.

No puedo salir con la imposición de la invariancia gauge sin introducir exactamente el tipo de fuerzas e interacciones que observamos y que aparecen en el SM. Esa afirmación parece demasiado potente como para que un simple redundancia en nuestra descripción. De nuevo, tal vez es cierto que si usted va sobre él de la otra dirección, es decir, que requieren un fotón y tres débiles bosones de gauge, etc., a continuación, se ve obligado a introducir el derecho de calibre simetría de la cuenta para los despidos. Pero que parece mucho más ad-hoc a mí - usted tiene un montón de cosas al azar que resultan ser verdaderas y una gran cantidad de coincidencias que ocurren a trabajar fuera mientras que si usted piensa acerca de la necesidad de medidor de simetría, ya que dan lugar a estas conexiones que indican cómo moverse en su paquete, que tipo de comunicar el local de la transformación de un lugar a otro, entonces sólo hacer uno ad-hoc postulado, y es una manera concisa y elegante con una cantidad ridícula de poder explicativo. También parece raro llamar a la misma cosa que define una teoría sólo un tonto redundancia en la teoría.

Así que, ¿dónde estoy equivocado en todo esto? Es esta una visión insostenible en el contexto de la teoría de gauge (descuidar las ideas que están siendo investigados que pueden o no filtra hacia fuera)? O es esta una opinión viable tomar, incluso si uno no te gusta? Sé muy poco acerca de spinor-helicidad métodos, pero deduzco que puede tener algo que decir acerca de esto. Su éxito eliminar la posibilidad de que mi interpretación?

15voto

Joakim Bodin Puntos 161

Tienes razón, es un error pensar que en la teoría de gauge "calibre transformaciones son sólo una redundancia". Esto se convierte en realidad, sólo si uno abandona la localidad, ignora toda frontera efectos, todos los instanton efectos, por lo que la mayoría de lo que es interesante acerca de la teoría de gauge. Por supuesto, la formación de calibre de clases de equivalencia (es decir de las características observables) es algo que uno quiere hacer cada ahora y entonces, pero teniendo en cuenta sólo medidor de clases de equivalencia se refiere a matar teoría de gauge.

Ejemplos:

1) Instantons: Cada indicador paquete en un n-disco es equivalente a la trivial. Sin embargo, hay no-trivial de calibre bultos en la n-esfera -- el instanton sectores. Si usted piensa que sólo medidor de clases de equivalencia de contar, entonces no es sólo el trivial calibre paquete en un hemisferio, el trivial de calibre paquete en el otro hemisferio, y tienes que pegarlas trivialmente en el ecuador para obtener un mundial trivial calibre paquete. En lugar de eso, lo que realmente sucede es que el calibre de las transformaciones no son una redundancia, pero son todos los que componen la no trivialidad de la instanton sector, por el embrague de la construcción. Ignorando lo que significa no trivial estructuras globales que no son obtenidos por el encolado de las estructuras locales, por lo tanto significa para romper la localidad principio.

2) Límites de los campos. La forma en que el WZW modelo aparece en el límite de Chern-Simons teoría: el indicador de las transformaciones de la Chern-Simons teoría en el límite de convertirse en el campos de la WZW modelo.

3) mayor codimension defectos: Wilson bucles. Del mismo modo, Los campos de la Wilson lazo en Chern-Simons teoría, son enteramente indicador de las transformaciones del ambiente medidor de campo, restringido al bucle. Ver aquí para la revisión y punteros a la literatura.

4) en general: Localidad en la teoría de gauge -- Se rompe si se hace caso omiso de calibre transformaitons, ver los punteros aquí.

[edit: un comentario a continuación señala que todo esto está bien, pero no parece abordar específicamente la construcción inquied por el OP. De hecho lo hace, aquí es cómo:

5) Medidor de campos de locales de aforo: El tradicional libro de texto de física forma de derivar medidor de campos de local medidor de simetría es un ejemplo de la relevancia local de calibre transformaciones de la siguiente manera.

Cada fermión paquete es localmente calibre equivalente a la trivial tal, y así lleva el trivial de la conexión, determinada sólo por la derivada. Pero recordar que el indicador de las transformaciones son una realidad local, se observa que estos tienen este trivial conexión a uno con un no-desaparición de vector potencial de $A$. Aunque esto todavía tiene fuga de intensidad de campo, ya que aquí algo que puede pasar en el mundo: si un grupo de estos $A$ están pegados por calibre tansformations, todavía podemos tener en el mundo no trivial de la instanton sector. Dado esto entonces nos lleva a permitir local general de vectores potenciales de $A$ y encontrar a continuación, que por el encolado de ellos a través de parches por calibre transformaciones, nos encontramos con la totalidad del espacio de moduli de todos los posibles medidor de campos.

Si, sin embargo, y ese es el punto correcto de la OP observa, se declara que todos los locales de calibre transformaciones son sólo los despidos, entonces eso significa que reemplazar cada local vector potencial de $A$ en su indicador de equivalencia de la clase. El encolado de estos a lo largo de los parches nunca produce todo calibre global configuraciones del campo (por ejemplo, si el medidor de equivalencia de la clase era el 0-clase, uno nunca encuentra el mundial de torsión de la clase instanton sectores).

]

Matemáticamente lo que está pasando aquí es que la declaración de que el medidor de campos no forman un espacio de moduli , sino de un "módulos de la pila". El concepto matemático de la pila es todo acerca de lo que significa combinar la localidad con el medidor de principio. Una muestra de ello es que en nuestro arXiv:1301.2580.

Por ejemplo, lo que rija los ejemplos 2) y 3) anteriores, donde el calibre de las transformaciones en la dimensión superior convertido en auténticos campos de menor dimensión es esencialmente una instancia de la reproducción en bucle de la construcción en pilas: los módulos de la pila de $\mathbf{B}G$ $G$- instanton sectores tiene un solo componente

$$ \pi_0(\mathbf{B}G) \simeq \ast $$

(por lo tanto "no es sólo un indicador de equivalencia de la clase"), pero sin embargo, recuerda la naturaleza completa del medidor de transformaciones

$$ \pi_1(\mathbf{B}G) \simeq \pi_o(\Omega \mathbf{B}G)\simeq G \,. $$

El pensamiento de que "medidor de equivalencia es una redundancia" significa pensar que los módulos de la pila de $\mathbf{B}G$ puede ser reemplazado con su 0-truncamiento $\tau_0 \mathbf{B}G\simeq \ast$, lo que significa pensar que los $G$-teoría de gauge es trivial.

El mismo tipo de argumentos se aplican a los módulos de la pila de $\mathbf{B}G_{conn}$ $G$- medidor de campos (en lugar de sólo sus instanton sectores). A continuación, $\pi_0(\mathbf{B}G_{conn})$ es la gavilla de calibre de clases de equivalencia de a $\mathfrak{g}$valor diferencial 1-formas. Eso es más que el punto como antes, pero todavía es sólo una débil sombra de lo que la teoría de gauge.

9voto

alx9r Puntos 136

Para ser honesto, creo que la ruta que describe (y que también se utiliza en muchos libros de texto) no está físicamente bien, motivados en todo. Ha comenzado con una teoría de un fermión con un global de simetría que los mapas de estados físicos diferentes estados físicos. Esta teoría tiene la propiedad de que la especificación de las condiciones iniciales en un spacelike superficie completamente determina la evolución del sistema. Esto es lo que usted espera como físico.

Ahora por alguna razón usted desea hacer esta simetría local. Al hacerlo, puedes destruir esta propiedad. El local de la invariancia significa que un determinado conjunto de condiciones iniciales pueden resultar en varios de los estados finales. Espero que usted está de acuerdo esto no tiene sentido físico. Con el fin de solucionar este problema y recuperar la propiedad, usted tiene que ir a través de algunos complicado calibre del procedimiento de fijación que normalmente oscurece otras buenas propiedades de la teoría de la Invariancia de Lorentz, unitarity, etc).

Estoy de acuerdo en que es genial que la medición de la simetría introduce nuevos campos, pero no es de extrañar, ya que introdujo una nueva dinámica de campo con la mano (el indicador de parámetro). Mientras tanto, el precio que se paga es la previsibilidad hasta que el indicador de revisión.

Creo que la otra ruta que usted menciona, que se defiende en Weinberg libros y apoyado por la investigación reciente en la cáscara de los enfoques para QFT, tiene más sentido físico. Usted está haciendo la mecánica cuántica. El Espacio de Hilbert se organiza a sí misma en representación de global simetrías. Hacer el pequeño grupo de análisis. Descubra usted no puede poner helicidad $\pm1$ en un local construido fuera de la creación y la aniquilación de los operadores sin invariancia gauge. Una vez en este punto (comprometido con una descripción local) luego de obtener todos los del Dr. Schreiber puntos importantes, muchos de los que en realidad puede estar relacionado con que se pueden medir cantidades físicas (por ejemplo instantons, la axial anomalía y $\pi^0 \to \gamma \gamma$ ). Por favor, tenga en cuenta que al hacer teoría de gauge, usted todavía hacer una elección en la que los estados identificar a través de las condiciones de contorno en los campos.

Desde que se le preguntó específicamente acerca de la relevancia de spinor-helicidad métodos, voy a decir un par de palabras. Es cierto que en los últimos años ha habido un enorme progreso en el cálculo de la dispersión de las amplitudes en la cáscara, donde no hay necesidad de invarianza de norma, la acción del grupo pequeño es simple y manifiesto, y los cálculos son mucho más sencillos. Algunas personas, como para decir esto demuestra que no necesitamos la formulación local y que la teoría de gauge no es fundamental. Sin embargo, usted debe tener en cuenta que casi todos estos avances se han hecho en computación perturbativa de cantidades. Una gran cantidad de la mayoría de los efectos interesantes en la teoría de gauge son en realidad no perturbativa, y las amplitudes programa en realidad no tiene una forma de captar esta información. Si ellos se dan cuenta de cómo calcular un instanton contribución a la dispersión en el shell de formalismo, entonces creo que en última instancia, la respuesta será que el indicador de la invariancia es totalmente innecesario y no físico. Hasta entonces, la mayoría de los que podemos decir es que el local gauge invariante en la foto le permite calcular más cosas. En física, la real sólo la evaluación de un formalismo es la forma en que reproduce las mediciones.

3voto

Julio Parra Puntos 704

Así es como yo entiendo este problema.

En primer lugar, creo que se puede estar de acuerdo que la imposición de la invariancia gauge es una buena cosa que hacer. Si queremos que nuestros campos sean invariantes bajo algún tipo de transformación es mejor ser local, ya que dos espacios separados-puntos de tiempo no debe ser relacionado en cualquier modo innecesario, de lo contrario podemos violar la causalidad. Una cuestión diferente es lo que la simetría debemos imponer pero creo que esto no es lo que están pidiendo.

Segundo, una vez que le hemos impuesto la simetría queremos mantener nuestro concepto de derivada, el problema es que hemos introducido un nuevo objeto, además de la dinámica de los campos que varía de punto a punto. Ahora, esta es la mejor formulado en la teoría de los principales paquetes, pero no sé cómo se familiarice con estos. El punto es el siguiente, y es muy similar al hecho de que en GR hemos separado espacios vectoriales tangente a cada punto y tenemos que introducir una conexión (derivada covariante) relacionar la tangente espacios de diferentes puntos. Ahora tenemos campos en diferentes puntos y una transformación, la cual es diferente en cada punto. Así que tenemos que introducir una conexión a ser capaces de relacionar los puntos separados. Medidor de campos son estas conexiones (en director de paquetes), y su medidor de simetría es sólo la transformación de la ley de una conexión, y por tanto una consecuencia de su naturaleza.

Si uno mira la transformación de la ley de los símbolos de Christoffel en GR se transforman de la misma manera que el medidor de campos. La principal diferencia es que en GR imponemos la condición de que esta conexión es la métrica compatible, pero de hecho, usted puede salir como un independiente de los grados de libertad. Lo hermoso es que si haces eso y que variar la acción GR de obtener una ecuación para la conexión, que dice que es la métrica compatible!! Este no es el caso de la modificación de la gravedad de las teorías y usted tiene que considerar la relación como un independiente de los grados de libertad.

Edit: lo Siento por llegar en el GR cosas, pero yo creo que la analogía es útil.

Este comportamiento es el mismo en cuanto a calibre, teorías, dejamos las conexiones grados de libertad y los interpretan como la dinámica de los campos.

No sé si esto responde usted pregunta o si es demasiado matemático (o si quieres que sea más matemático), pero creo que es la manera más fácil de ver.

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