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¿Por qué ' t 4-vectores utilizados en la definición de un campo cuántico de Klein-Gordon?

Soy un principiante que está aprendiendo QFT. Cuando me estaba yendo a través de la cuantificación de Klein-Gordon en el campo real. Tengo confundido acerca de algo:

La solución de Klein-Gordon ecuaciones son de la forma $ \psi(x^\mu) \sim e^{ik_\mu x^\mu} $. Ahora las soluciones en Peskin y Schroeder no tienen dependencia del tiempo. Se da una transformada de Fourier de este tipo:

$$ \psi(\vec x) = \int \frac{d^3p}{(2\pi)^3} \frac{1}{\sqrt{2\omega_p}} \Bigl[a(\vec p) e^{i\vec k. \vec x} + a^\dagger(\vec p) e^{-i\vec k. \vec x} \Bigr] $$

Mi problema aquí es, ¿por qué la solución es una superposición de $ e^{i\vec k. \vec x} $ e no $ e^{ik_\mu x^\mu} $ ?

[EDITAR]

Por ejemplo, en estas notas en las ecuaciones de los 90 y 113 las soluciones son superposición de $ e^{ik_\mu x^\mu} $ y no sé de dónde estas dos cosas no están de acuerdo.

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PaxCoffee Puntos 11

Como he mencionado en los comentarios, P&S están trabajando en la imagen de Schrödinger que significa que el operador de los campos son independientes del tiempo. Por supuesto, en la imagen de Heisenberg, la solución de Klein-Gordon ecuación es dependiente del tiempo (y, a continuación, tendrá cuatro vectores). Para ver esto, vamos a escribir el de Klein-Gordon ecuación: \begin{equation} \left(\partial^2 + m^2 \right) \phi(x)=0 \end{equation} donde $g=\mathrm{diag}(+1,-1,-1,-1)$. A continuación, las soluciones en la imagen de Heisenberg puede ser escrita como: \begin{equation} \phi(x) = e^{\pm i p_\mu x^\mu} \end{equation} que puede ser fácilmente verificado: \begin{equation} \begin{aligned} \partial^2 \phi & = \partial_\mu \partial^\mu \left(e^{\pm i p_\nu x^\nu}\right) \\& = \partial_\mu \left(\pm i p^\mu\right) \left(e^{\pm i p_\nu x^\nu}\right) \\& = \left(\pm i p^\mu\right) \left(\pm i p_\mu\right) e^{\pm i p_\nu x^\nu} \\& = - p_\mu p^\mu e^{\pm i p_\nu x^\nu} \\& = -(E^2 - \mathbf{p}^2) e^{\pm i p_\nu x^\nu} \\& = -m^2 e^{\pm i p_\nu x^\nu} \\& = -m^2 \phi \end{aligned} \end{equation} y así: \begin{equation} \left(\partial^2 +m^2\right)\phi = \left(-m^2 +m^2\right)\phi = 0 \end{equation} Es normal escribir la solución en términos de positivo de la frecuencia de soluciones y negativo de la frecuencia de soluciones: \begin{equation} \phi(x)=\phi_+(x) + \phi_-(x) = a e^{- i p_\nu x^\nu} + b e^{+ i p_\nu x^\nu} \tag{1} \end{equation} Por supuesto, también necesitamos sumar sobre todos los de energía-impulso de los valores de $p_\mu$ (debido a que la ecuación de $(1)$ es una solución para cualquier valor de $p_\mu$). Por lo tanto, la solución general es: \begin{equation} \phi(\mathbf{x},t) = \int \frac{\mathrm{d}^3 \mathbf{p}}{N} \; \left[ a(\mathbf{p}) e^{- i E_{\mathbf{p}} t + i \mathbf{p} \cdot \mathbf{x}} + b(\mathbf{p}) e^{i E_{\mathbf{p}} t - i \mathbf{p} \cdot \mathbf{x}}\right] \end{equation} donde $N$ es una constante de normalización.

En fin, a ver cómo cambiar entre la Dirac y Schrodinger imagen, me refiero a la sección $2.4$ de P&S.

Edición no podía ayudar a mi auto y rápidamente añadir esto:

P&S están discutiendo el real de Klein-Gordon campo, lo que significa: $$ \phi = \phi^* $$ y así: \begin{equation} \int \frac{\mathrm{d}^3 \mathbf{p}}{N} \; \left[ a(\mathbf{p}) e^{- i p^\mu x_\mu} + b(\mathbf{p}) e^{ip^\mu x_\mu}\right] = \int \frac{\mathrm{d}^3 \mathbf{p}}{N^*} \; \left[ a^*(\mathbf{p}) e^{ ip^\mu x_\mu} + b^*(\mathbf{p}) e^{-i p^\mu x_\mu}\right] \end{equation} lo que implica: \begin{equation} \begin{array}{cc} a(\mathbf{p}) = b^*(\mathbf{p}) \; ,& b(\mathbf{p}) = a^*(\mathbf{p}) \end{array} \end{equation} y $N$ debe ser real. Así que el verdadero campo puede ser escrita como: \begin{equation} \phi(\mathbf{x},t) = \int \frac{\mathrm{d}^3 \mathbf{p}}{N} \; \left[ a(\mathbf{p}) e^{- i E_{\mathbf{p}} t + i \mathbf{p} \cdot \mathbf{x}} + a^*(\mathbf{p}) e^{i E_{\mathbf{p}} t - i \mathbf{p} \cdot \mathbf{x}}\right] \end{equation}

1voto

user35952 Puntos 11

Después de los comentarios y respuestas de Hunter, creo que la diferencia entre estas dos cosas se encuentran en el hecho de que, en Schrodinger imagen de la $ \psi (\vec x) $ satisface la ecuación $$ \bigg (\frac{\partial^2}{\partial t^2} - \nabla^2 + m^2 \bigg)\psi (x) = 0 $$ where $ \omega_p = \sqrt{|\vec p|^2 + m^2} $.

$$ \hat\psi(\vec x) = \int \frac{d^3p}{(2\pi)^3} \frac{1}{\sqrt{2\omega_p}} \Bigl[a(\vec p) e^{i\vec k. \vec x} + a^\dagger(\vec p) e^{-i\vec k. \vec x} \Bigr] $$

En el caso de Heisenberg imagen sin embargo, la Schrödinger escalera a los operadores a transformar como (consulte la P&S sección 2.4) $$ a_h(\vec p) = e^{iHt}a(\vec p)e^{-iHt} = a(\vec p)e^{-iE_pt}$$ $$ a^\dagger_h(\vec p) = e^{iHt}a^\dagger(\vec p)e^{-iHt} = a(\vec p)e^{iE_pt}$$

Ahora pone esto en la expresión para la obtención de Heisenberg representación del campo,

$$ \hat\psi_h(\vec x ,t) = \int \frac{d^3p}{(2\pi)^3} \frac{1}{\sqrt{2\omega_p}} \Bigl[a(\vec p) e^{ip_\mu x^\mu} + a^\dagger(\vec p) e^{-ip_\mu x^\mu} \Bigr] $$ where $ p^0 = E(\vec p) $

Ahora este operador satisface la ecuación

$$ i\frac{\partial}{\partial t} \hat\psi_h = [\hat\psi_h,\hat H] $$

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