16 votos

¿Por qué regularización?

En la teoría cuántica de campos cuando se trata con divergente integrales, en particular en el cálculo de las correcciones de amplitudes de dispersión, lo que se hace a menudo para representar la integral es convergente para agregar un regulador, que es un parámetro de $\Lambda$ que se convierte en el límite superior de la integral en lugar de $\infty$.

La explicación física de esto es que la teoría cuántica de campos es sólo una aproximación de la "verdadera" teoría (si existe), y es válida sólo a bajas energías. Somos ignorantes de los procesos que ocurren a altas energías, y así no tiene sentido extender la teoría a ese régimen. Así que cortamos la integral para incluir el bajo consumo de energía de los procesos de nosotros estamos familiarizados con sólo.

Mi problema con esta explicación es que, incluso si no sabemos lo que ocurre a altas energías, está bien acaba de salir de aquellos fenómenos fuera de nuestros cálculos? En efecto, estamos reescribiendo nuestro integral como $\int_{-\infty}^{\infty} = \int_{-\infty}^{\Lambda} + \int_{\Lambda}^{\infty}$, y, a continuación, ignorando el segundo término. Es esta realmente bien? E incluso si hemos sido capaces de determinar la "verdadera" teoría y calcula la contribución a la corrección de los procesos de alta energía, me siento como vendría a ser grandes, ya que mirando desde nuestra eficaz campo de la teoría del punto de vista ya que parece ser infinito. ¿Tenemos derecho a decir que es insignificante?

13voto

Daniel Broekman Puntos 1951

No estoy seguro acerca de esto, pero mi entendimiento de esto es que el $\int_\Lambda^\infty$ plazo es esencialmente constante entre los diferentes procesos, ya sea física ocurre a altas energías no debe ser afectado por la baja energía de los procesos que son capaces de controlar. De esa manera, podemos calcular de manera significativa las diferencias entre las dos integrales, y la alta energía porciones cancelar. Este será el caso, independientemente de la alta energía contribuciones son acotados (como debe ser en una verdadera teoría) o ilimitado (como QFT cálculos parecen indicar).

9voto

Jake Wharton Puntos 160

Voy a adress ese punto:

... $\int_{-\infty}^{\infty} = \int_{-\infty}^{\Lambda} + \int_{\Lambda}^{\infty}$, y, a continuación, ignorando el segundo término. Es esta realmente bien?

Las integrales que estamos tratando con un aspecto como este: $$\int\frac{f(p_\mu)}{g(p_\mu)}d^4p$$ O, más explícitamente: $$ \int^{+\infty}_{-\infty}dp_x\int^{+\infty}_{-\infty}dp_y\int^{+\infty}_{-\infty}dp_z\int^{+\infty}_{-\infty}dE\,\,\frac{f(E,p_x,p_y,p_z)}{g(E,p_x,p_y,p_z)} $$ Y, a continuación, usted sólo tiene que utilizar 4D coordenadas esféricas: $$\int\frac{f(p_\mu)}{g(p_\mu)}d^4p = \int d\Omega_4 \int_{0}^{\infty} d{p_{eu}}\frac{f(p_\mu)}{g(p_\mu)}$$ Donde $p_{eu}^2 = E^2 + p_x^2+p_y^2+p_z^2$ es la Euclídea norma del vector a, y $\Omega_4$ es un 4D ángulo sólido.

Breve digresión: ¿por qué Euclidiana norma? Se supone que vamos a tratar con el espacio de Minkowski, ¿no? El punto crucial aquí es el uso de la Mecha de rotación: el tiempo de los componentes (en caso de que la energía $E$) de sus vectores se consideran los números complejos, la integración se realiza a lo largo del eje imaginario y el resultado es analíticamente siguió de vuelta a los valores reales de la energía.

Así, es la última integral que se nos suele cortar: $$\int_0^\infty dp_{eu} \to \int_0^\Lambda dp_{eu}$$ y ese procedimiento no es exactamente el mismo como el corte de cada una de las integrales en coordenadas Cartesianas en $\pm\infty$. Pero el resultado debe ser el mismo, la diferencia si acaba de cortar grandes contribuciones con una esfera o con un cuadro.

Ligeramente punto más importante es que el estudio más detallado de la analítica de las propiedades de las integrales que estamos tratando en QFT muestra, que la "naturaleza" de la UV divergencias es siempre Euclidiana -- que "viene" de los grandes valores de $E^2 + p_x^2+p_y^2+p_z^2$ -- no sólo a la "gran energía". Así, el uso de las coordenadas es bastante natural.

Por último, pero no menos importante -- esto coordenadas conducir a la idea de si las dimensiones de regularización, que resulta ser muy conveniente al hacer cálculos reales.

7voto

heathrow Puntos 25

La razón es que el proceso implica una noción de límite donde se obtiene una infinidad de puntos en cada región. Esto es diferente de la potencial infinito de decir, oraciones, donde la frase puede obtener más tiempo y más y, a continuación, obtener un número infinito de frases, pero sólo para las sentencias muy largas que se encuentran muy lejos de la realización. En este caso, en cada cuadro, usted tiene un número infinito de puntos distintos, cada uno de los cuales es tan accesible como cualquier otro (al menos en un ingenuo punto de vista de la continuidad).

Cuando usted está haciendo las matemáticas, lo que describes es un continuo objeto con una cadena de símbolos. Esto significa que la única manera de definir las cantidades en un continuum es definir en ellos en algún aproximada de la noción de un continuo, y, a continuación, tomar el límite que la aproximación se vuelve denso. Cuando se definió por primera vez los números reales, en la escuela primaria, se definieron los números con un número finito de decimales, o tal vez los números racionales, y, a continuación, extraída de la noción de los números reales como secuencias infinitas de decimales, o como la limitación de los valores de Cauchy secuencias de racionales. En cualquier caso, tiene una estructura discreta con sólo un potencial infinito, y los números reales surgen cuando se toma el continuum límite, ya sea permitiendo que los decimales a crecer arbitrariamente largas, o al permitir que el denominador del número racional a crecer arbitrariamente grande.

La razón por la que no se preocupe esto es debido a que estamos intuitivamente familiarizado con la geometría, por lo que tenemos una comprensión inmediata que este proceso tiene sentido. Pero está lejos de ser intuitivo que el número real sentido. En la teoría cuántica de campos, uno tiene que lidiar directamente con el hecho de que los números reales son en realidad una idea sofisticada, ya que son la definición de las fluctuaciones cuánticas de campos, que tienen distintos grados de libertad en cada uno de continuamente muchos puntos. Hay un límite en cada una de energía, ya que emocionante la corta distancia modos requiere de alta energía, por lo que físicamente, el comportamiento de los campos a bajas energías no debe depender de la alta energía de campo modos. Pero si esto es cierto, entonces usted debe ser capaz de definir el campo de la teoría como una teoría del continuo, como un límite, como un espacio continuo surge a partir de una estructura discreta.

Cuando la formulación de la teoría cuántica de campos, se comienza con una regularización, porque esa es la forma en que cada teoría del continuo se define, es un límite. Esto no es diferente en principio de la definición de una ecuación diferencial. Si a alguien le preguntó "¿qué $\dot{x} = \alpha \sqrt{x} $ significa?" Habría que decir que el límite de la próxima valor de x, menos el valor actual de x, es el incremento de tiempo en los tiempos de la $\sqrt{x}$, en el límite que la stepsize es pequeño. En que se escribe como una ecuación diferencial sin stepsize, porque el límite tiene sentido. La definición de derivada como un cociente es diseñado para asegurar que esto es así, se divide por el tamaño de paso a la primera potencia, porque esta es la forma en que el incremento de una función derivable escalas con tamaño de paso.

Si usted está haciendo el cálculo estocástico, el paseo aleatorio en tiempo continuo, el incremento de la distancia a la que se mueven las escalas como la raíz cuadrada de la stepsize. Esto significa que el ordinario de la noción de derivada se aparta cuando usted toma un pequeño paso-límite de tamaño. La definición de cálculo estocástico se define derivados de paseo aleatorio como una distribución, de modo que sólo su integral tiene sentido, no su valor en un punto, y usted consigue algunas curiosas relaciones de conmutación, como

$$ x(t+\epsilon)\dot{x}(t) - x(t)\dot{x}(t) = 1$$

donde la igualdad es entendida como una distribución de identidad, es decir que la integral de la aleatoriamente la fluctuación de la cantidad a la izquierda sobre cualquier intervalo de tiempo es igual a la integral de 1 durante el mismo intervalo, y las fluctuaciones son cero durante un determinado intervalo de tamaño en el límite de los pequeños pasos. Esta es la versión estocástica de los Heisenberg conmutación relación en la mecánica cuántica.

Para cuántica de campos, deberá igualmente realizar una aproximación a la continuidad, a decir de un entramado con tamaño de paso $\epsilon$. Si los resultados tienen sentido como la teoría del campo, si tienen un continuum límite, que no dependen del tamaño de paso (la inversa de la frecuencia de corte) que usted elija, siempre y cuando es pequeño. La única diferencia es que las leyes de la escala de los parámetros es diferente de la ordinaria de cálculo (o de cálculo estocástico).

A ver explícitamente cómo un entramado límite produce un continuo campo de la teoría, se puede considerar el caso del modelo de Ising. Si usted hace el entramado de pequeñas mientras que, simultáneamente, llevando la temperatura más cerca de la temperatura crítica, por lo que la longitud de correlación se mantiene fijo como la celosía se encoge, se termina con la distancia de las fluctuaciones en el spin descrito por un continuo campo. El campo es el número de tiradas menos el número de vueltas en una pelota que contiene muchos de celosía sitios, donde el tamaño de la pelota se reduce en relación a la longitud de correlación, pero crece en relación a la espaciado reticular. Usted ajustar la escala de campo por el espaciado reticular a un cierto poder y la bola del tamaño de un cierto poder (elige los poderes para obtener un límite finito en el pequeño $\epsilon$ límite, independiente del tamaño de una pelota) y, a continuación, se ha definido una teoría de campo. En este caso, es un escalar campo de la teoría con la cuártica de auto interacciones, y en tres dimensiones o en dos, converge a una sensible único límite que sólo depende de la longitud de correlación (el acoplamiento de los flujos a un punto fijo en la larga distancia de la teoría). En cinco dimensiones y, encima, la teoría converge a un campo libre de la teoría. En cuatro dimensiones, que converge a un campo libre en la teoría, pero muy, muy lentamente, el acoplamiento sólo se va a cero ya que el registro de la espaciado reticular, y si ves a un escalar quartically la interacción de campo en la naturaleza, con un valor distinto de cero de la interacción, se puede concluir que el punto de corte de la escala está por encima de la rejilla de tamaño de lo que haría el acoplamiento más pequeño que lo que se observa.

Me dio una descripción cualitativa porque usted lo pidió para esto, pero el pleno de la rigurosa descripción de la limitación del proceso aún no está totalmente resuelto, aunque se conoce de forma heurística para la mayoría de los casos de interés. Este es un importante problema abierto en la física matemática.

3voto

David J. Sokol Puntos 1730

Sí, como twistor59 dijo, simplemente manteniendo $\Lambda$ finito no ayuda: el cálculo de los resultados todavía violentamente de acuerdo con los experimentos. Así que estas integrales son modificados por la mano de un modo más radical: una parte de el integrando se resta. Tal resta se lleva a cabo hasta que se obtiene un finito integral dentro de los límites infinitos. Tal resta a veces es equivalente a (y ejecutado) como la masa y la carga renormalizaciones (redefiniciones). El cut-off parámetro $\Lambda$ entra en la "definición" de la "física" de los parámetros a través de "desnudo". Nada se corrige el valor de $\Lambda$ en este procedimiento de la resta. En otras palabras, el resultado de la resta es todavía ambiguo.

Uno elige la "fijación condición" de una manera obvia: el resultado debe ser de acuerdo con el experimento. En particular, la masa y la carga de los valores en nuestras fórmulas debe ser igual a la medida. Pero después de la resta, el resultado es bastante insensible a $\Lambda$ si éste es lo suficientemente grande. Hay, sin embargo, toda una ciencia sobre las relaciones entre "desnudo" y "física" de los parámetros de la llamada en forma descuidada Renormalization Grupo de transformaciones (flujos).

Resulta que después de renormalizaciones y suave diagrama de la suma de los resultados de los cálculos se puede "poner en contacto" con los datos experimentales. Así que la opinión mayoritaria es que los cut-offs y sustracciones (renormalizaciones) tienen algún física subyacente. Dicen, que no puede ser accidental éxito.

Pero no fue así en los primeros años de QFT. Muchos QFT padres señalaron que al parecer trabajaba con mal Hamiltonianos debido a la mala concepciones y de acuerdo con el experimento fue ocasional. He diseñado un simple juguete modelo de apoyo a esta opinión original. Ver esto y que.

2voto

Daniel Huckstep Puntos 2017

Mi respuesta puede ser bastante ingenuo porque no estoy muy familiarizado con esto, sin embargo, debido a la misma razón puede ser más transparente.

Como tengo entendido, la idea de la regularización es la de deshacerse de $\Lambda$ como un parámetro explícito de la teoría y poner el desconocido a los valores observables. Esto se hace bastante difícil el límite de $\Lambda\to\infty$ que deja los valores observables (divergente sin el procedimiento) finito.

Debido a muchas razones diferentes, dejando $\Lambda$ como un parámetro adicional de la teoría no es satisfactoria.

Para más detalles es mejor leer las referencias dadas en este wiki de la comunidad.

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X