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¿Cómo se anyons posible?

Si $|ψ\rangle$ es el estado de un sistema de dos partículas indistinguibles, entonces tenemos un operador de intercambio $P$ que cambia los estados de las dos partículas. Ya que las dos partículas son indistinguibles, el estado físico no se puede cambiar bajo la acción del operador de intercambio, por lo que debemos tener $P|ψ\rangle=λ|ψ\rangle$ donde $|λ|=1$. Obviamente, la conmutación de los estados de las dos partículas, a y, a continuación, cambiar a la espalda, las hojas de las partículas con sus estados originales, por lo $P^2|ψ\rangle=(λ^2)|ψ\rangle=|ψ\rangle$, lo $λ=±1$, y por lo tanto el estado del sistema debe ser simétrica o anti-simétrica con respecto a exchange.

Ahora me he enterado de que este razonamiento no se sostiene por dos dimensiones, llevando a la posibilidad de anyons, para que usted puede tener $λ$ ser algo distinto de 1 o -1. ¿Cómo es eso posible? Donde es la falla o descuido en el anterior razonamiento, lo que hace es excluir el 2D caso? Donde en la anterior prueba que estamos suponiendo que el espacio es de tres dimensiones?

Cualquier ayuda sería muy apreciada.

Gracias de Antemano.

EDIT: voy a presentar la prueba en un paso-por-paso de moda, así que el error puede ser más fácilmente identificados:

  1. Para cualquiera de los estados $|ψ_1\rangle$$|ψ_2\rangle$, definir $P|ψ_1\rangle|ψ_2\rangle$ $|ψ_2\rangle|ψ_1\rangle$

  2. Por las mismas partículas, $P |\psi \rangle$ $|\psi \rangle$ corresponden a el mismo estado físico (es decir, de rayos x), por lo que debemos tener $P |\psi \rangle = \lambda |\psi \rangle$ para un número complejo $\lambda$.

  3. La aplicación de la definición de $P$ en el paso 1 doble, tenemos $P^2|ψ_1\rangle|ψ_2\rangle=PP|ψ_1\rangle|ψ_2\rangle=P|ψ_2\rangle|ψ_1\rangle = |ψ_1\rangle|ψ_2\rangle$, por lo que para cualquier par de partículas estado$|\psi\rangle$,$P^2|\psi \rangle = |\psi \rangle$.

  4. Aplicar el paso 2 dos veces, tenemos $P^2|ψ\rangle = PP|ψ\rangle = P \lambda |ψ\rangle = \lambda P |ψ\rangle = \lambda^2 |ψ\rangle$

  5. Por los pasos 3 y 4, tenemos $\lambda^2 = 1$ e lo $\lambda = ±1$

Supongo que el problema es con el paso 3 de alguna manera, pero no estoy seguro de cuál es el problema, puesto que se deduce directamente de la definición en el paso 1. Es el problema con la definición en el paso 1, entonces? Pero, ¿cómo puede una definición errónea?

17voto

Eric Drechsel Puntos 111

La cosa es que la operación de "intercambio de dos partículas" tiene que ser correctamente definidos. ¿Cuál es el significado de $P$ ?

Podemos imaginar el operador $P$ no es físico (en el sentido de que no corresponde a una posible físicamente la operación). Por ejemplo, $P\psi(x_1,x_2)=\lambda\psi(x_2,x_1)$ en el sentido de que sólo el cambio en el argumento de que el objeto matemático $\psi(x_1,x_2)$. En ese caso, la dimensión del espacio no juega un papel importante, y por lo tanto las estadísticas sólo debe ser fermiones o bosones.

Pero, ¿es realmente razonable considerar esta operación matemática $P$ que no podemos hacer en el laboratorio (y por lo tanto la prueba) ? Si no, entonces debemos describir $P$ (complicado) operación de las partículas, lo que realmente se necesita de ellos y físicamente de intercambio (es decir : se aplica una fuerza en la que las partículas se mueven en el espacio, hasta que nos vamos de$\psi(x_1,x_2)$$\psi(x_2,x_1)$). En este caso, podemos ver directamente que dimensionalidad es importante.

Por ejemplo, en la dimensión uno, las partículas tienen que ir a través de cada uno de los otros. Esto está bien si no interactúan. Pero si lo hacen interactuar, a continuación, el intercambio puede ser mal definido (puede cambiar completamente el estado del sistema). Esta es una heurística razón por la que bosones y fermiones son de la misma en una dimensión (que permiten bosonization de fermiones en 1D).

En 2D y 3D, el intercambio de una partícula está bien definido, incluso si interactúan, ya que es suficiente que ellos sean lo suficientemente lejos el uno del otro a la negligencia de la interacción. Pero, a continuación, en 2D, no es que esto no trivial de la cuestión de que hacer un bucle alrededor de algo que no es (necesariamente) equivalente a no hacer nada. Usted puede contar el número de bucles, y no hay ninguna manera fácil de transformar la antena en un punto (pero se puede hacer eso en cualquier dimensión mayor que dos).

10voto

splattne Puntos 48126

Así, el problema con tu argumento es que usted asume el espacio de Hilbert de dos partículas es el producto tensor de dos partículas de Hilbert espacios y, a continuación, indistinguishability le da un cociente de las dos partículas en el espacio de Hilbert. Esta no es la manera más correcta de pensar en ello.

La manera correcta, volviendo a la (bella) documento original de Leinaas y Myrrheim, es digitalizar los dos partículas de tomar indistingushability en cuenta durante la cuantificación.

Voy a resumir la idea aquí sin hablar de haces de fibras, para más detalles vale la pena ir a través de ese papel. Mi conocimiento elemental de los haces de fibras fue suficiente para conseguir a través de la mayor parte de ella en una tarde (la parte con la vuelta es un poco más confusa, y también se parece un poco a pescado de una manera que no puedo precisar).

Si postulamos que dos partículas son idénticas, nuestro cuantificación en sí debe reflejar; es decir, si vemos la cuantificación como un proceso de asignación de una base de elemento para cada punto en el espacio de configuración $(x_1,x_2)$ debe ir a la misma base de elemento como $(x_2,x_1)$.

Sin embargo, es diferente de decir que $\psi(x_1,x_2) = \psi(x_2,x_1)$, ya que hay un montón más de la estructura del espacio de Hilbert de sólo `la asignación de una base de elemento para cada punto en el espacio de configuración.' En particular, se requieren generalmente la continuidad y la diferenciabilidad (que voy a llamar a esta suavidad, de la ignorancia de los detalles) de la función de onda; no debería haber ningún antinatural salta si pasamos de $(x_1,x_2)$$(x_2,x_1)$.

Usted debe estar preguntándose, ¿por qué esta suavidad requisito de dar mayor estructura? Para eso, vamos a tomar una digresión, basado en Dirac del monopolos magnéticos de papel. Considere una partícula en el espacio 3-d. La función de onda se define sólo a una fase, ¿recuerdas? Bien, entonces, ¿por qué insistimos en que la fase existe realmente? Lo único que tenemos que estrictamente necesita es las diferencias de fase. Por lo tanto, si tomamos las palabras en serio, estamos obligados a concluir que la única razón por la que tiene sentido hablar de la fase absoluta de una función de onda es que algunos de fase de la función que da el corregir las diferencias de fase existe. Más precisamente, hay una físicamente significativa campo de vectores $\kappa$ que codifica las diferencias de fase. De forma heurística, queremos que esto se $\nabla \phi$ donde $\phi$ es una función de la fase. Pero, esto sólo es posible a nivel mundial si $\nabla \times \kappa = 0$. Si $\nabla \times \kappa \ne 0$ (como es el caso cuando hay un flujo magnético; otro caso en el que esto es posible, aunque no necesario, donde la probabilidad de encontrar la partícula es $0$), lo que podemos hacer es elegir los parches donde $\nabla \times \kappa = 0$ y definir una función de fase dentro de cada parche. La restricción sobre los parches que se puede elegir es dada por los hechos que $\oint \kappa \cdot dl \ne 0$ cada vez que el bucle es tal que cualquier superficie que termina el bucle que pasa a través de un punto donde$\nabla \times \kappa \ne 0$, mientras que de $\oint \nabla \phi \cdot dl = 0$ necesariamente; no hay un solo parche puede tener uno de estos "no contráctiles' bucles.* Con esta restricción se toma cuidado de, supongamos, por definición, tiene dos parches $A$ y $B$ ($\mathbb{R}^3 - (A \cup B)$ es el conjunto de puntos donde $\nabla \times \kappa \ne 0$); a continuación, hay dos funciones de fase $\phi_A$ $\phi_B$ y la consistencia de la condición es que $\nabla \phi_A |_{A \cap B} = \nabla \phi_B |_{A \cap B} = \kappa |_{A \cap B}$. La conclusión es que hay un sentido en el cual la función de onda puede tener varios valores, y eso es porque nos hemos impuesto suavidad en las diferencias de fase; y tenemos varios valores-ness si hay no contráctiles de bucles.

Ahora, antes de regresar a dos partículas, supongamos que el espacio en realidad tenía un agujero. Entonces, no habría razón para $\oint \kappa \cdot dl$ a lo largo de un no-contráctiles circuito a $0$. Así, varios valores-ness es una característica general de los espacios con los que no contráctiles de bucles.

Ahora regresemos a dos partículas. A revisión, hemos asignado a una base de elemento (y, por tanto, una $1-$dimensiones de espacio de Hilbert para cada punto en el $6-$d el espacio de configuración, con la restricción de que hemos asignado en la misma base del elemento de a$(x_1,x_2)$$(x_2,x_1)$. Otra forma de pensar acerca de esto es que se pliegan el espacio de configuración, de manera que ahora tenemos algunas rara espacio en el que se $(x_1,x_2)$ $(x_2,x_1)$ son el mismo punto (si las partículas son en 1-d, este espacio plegado se parecen a los que llegamos después de doblar un pedazo cuadrado de papel a lo largo de la diagonal). Ahora, este espacio plegado tiene un límite -- el $x_1 = x_2$ bits. Lo principal que quiero mostrar aquí es que hay un no-contráctiles bucle de aquí, y estos no contráctiles bucles son cualitativamente diferentes en 2 y 3 dimensiones.

Considerar la función de onda como de partícula de 1 va alrededor de la partícula 2, que se fija en $a$ (esto es , no el movimiento físico -- somos simplemente el seguimiento de los cambios en la función de onda). En 3 dimensiones, este bucle es contráctiles; sólo cambia el plano del bucle hasta que no encierre la otra partícula y, a continuación, reducir su tamaño. Por lo tanto, en tres dimensiones de la función de onda es de valor único y su argumento funciona. En 2 dimensiones, sin embargo, no lo es, y por lo tanto la función de onda puede ser de varios valores. Las partículas para que este multvalued-ness vueltas se llaman anyons.

Nota: un montón de gente va a responder a esta en términos de adiabática movimiento de las partículas alrededor de la otra. La razón de esto es que adiabático movimiento se aproxima a la de seguimiento del cambio de la función de onda " que he descrito en el párrafo anterior.

*La palabra no contráctiles parece un poco raro en mi exposición. La intuición es esta: si usted tomó las regiones donde $\kappa$ tiene un rizo a ser agujeros en el espacio, a continuación, estos bucles sería que no se pueden suavemente ser contratado a $0$.

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