กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 11 นาที

ปฏิสัมพันธ์ควอติก

ใน ทฤษฎีสนามควอนตัม ปฏิสัมพันธ์ควอติก หรือทฤษฎี φ⁴ คือ ปฏิสัมพันธ์ แบบหนึ่ง กับตัวเอง ใน สนามสเกลาร์ ปฏิสัมพันธ์ควอติกประเภทอื่นๆ สามารถพบได้ในหัวข้อ ปฏิสัมพันธ์สี่เฟอร์มิออน...

ปฏิสัมพันธ์ควอติก

ในทฤษฎีสนามควอนตัมปฏิสัมพันธ์ควอติกหรือทฤษฎีφ⁴ คือปฏิสัมพันธ์แบบหนึ่ง กับตัวเอง ในสนามสเกลาร์ปฏิสัมพันธ์ควอติกประเภทอื่นๆ สามารถพบได้ในหัวข้อปฏิสัมพันธ์สี่เฟอร์มิออน สนามสเกลาร์ อิสระแบบคลาสสิกเป็นไปตามสมการไคลน์-กอร์ดอนถ้าสนามสเกลาร์ถูกกำหนดให้เป็น φ⁴ ปฏิสัมพันธ์ควอติกจะถูกแทนด้วยการเพิ่มพจน์พลังงานปฏิสัมพันธ์เข้าไปในความหนาแน่นของลากรางจ์ ค่าคง ที่การเชื่อมต่อไม่มีมิติ ใน ปริภูมิเวลา 4 มิติ

บทความนี้ใช้ลายเซ็นเมตริกสำหรับปริภูมิ Minkowski

ลากรางเจียนสำหรับสนามสเกลาร์จริงที่มีมวลมาก

ความหนาแน่น ลากรางจ์สำหรับ สนามสเกลาร์ จริง ที่มีมวล และมีการปฏิสัมพันธ์แบบควอติกคือ

พจน์แรกที่อยู่ระหว่างวงเล็บคือพลังงานที่เกี่ยวข้องกับโมเมนตัมสี่มิติของอนุภาค ส่วนพจน์ที่สองอธิบายถึงพลังงานมวลนิ่งของอนุภาค

ลากรางเจียนนี้มี การแม ป สมมาตรZ 2 ทั่วโลก

ลากรางเจียนสำหรับฟิลด์สเกลาร์เชิงซ้อน

ลากรางเจียนสำหรับ ฟิลด์สเกลาร์ เชิงซ้อนสามารถอธิบายได้ดังนี้ สำหรับฟิลด์สเกลาร์สองตัวลากรางเจียนจะมีรูปแบบ ดังนี้

ซึ่งสามารถเขียนให้กระชับยิ่งขึ้นได้โดยการแนะนำฟิลด์สเกลาร์เชิงซ้อนที่กำหนดไว้ดังนี้

เมื่อแสดงในรูปของสนามสเกลาร์เชิงซ้อนนี้ ลากรางเจียนข้างต้นจะกลายเป็น

ซึ่งเทียบเท่ากับแบบจำลอง SO(2) ของฟิลด์สเกลาร์จริงดังที่เห็นได้จากการขยายฟิลด์เชิงซ้อนในส่วนจริงและส่วนจินตนาการ

ด้วยฟิลด์สเกลาร์จริง เราสามารถมีแบบจำลองที่มี สมมาตร SO(N) ทั่วโลกที่กำหนดโดยลากรางเจียนได้

การขยายฟิลด์เชิงซ้อนในส่วนจริงและส่วนจินตนาการแสดงให้เห็นว่าเทียบเท่ากับแบบจำลอง SO(2) ของฟิลด์สเกลาร์จริง

ในแบบจำลองทั้งหมดข้างต้นค่าคงที่การเชื่อมต่อ จะต้องเป็นบวก มิฉะนั้นศักยภาพจะไม่มีขอบเขตด้านล่าง และจะไม่มีสุญญากาศที่เสถียร นอกจากนี้ปริพันธ์เส้นทางของไฟน์แมนที่กล่าวถึงด้านล่างก็จะไม่มีนิยามที่ชัดเจน ใน 4 มิติทฤษฎีจะมีขั้วแลนเดาซึ่งหมายความว่าหากไม่มีการตัดขอบที่ระดับพลังงานสูงการปรับค่าใหม่จะทำให้ทฤษฎีนั้นกลายเป็นเรื่องไร้สาระ

แบบจำลอง นี้จัดอยู่ในกลุ่ม Griffiths-Simon [ 1 ]ซึ่งหมายความว่าสามารถแสดงเป็นขีดจำกัดอ่อนของแบบจำลอง Isingบนกราฟประเภทหนึ่งได้เช่นกัน ความไม่สำคัญของทั้งแบบจำลองและแบบจำลอง Ising สามารถแสดงได้ผ่านการแสดงภาพกราฟิกที่เรียกว่าการขยายกระแสสุ่ม[ 2 ]

การหาปริมาณเชิงปริพันธ์ของเฟย์นแมน

การขยาย แผนภาพ Feynmanอาจได้รับจากสูตรอินทิกรัลเส้นทาง Feynman เช่น กัน[ 3 ]ค่าคาดหวังสุญญากาศที่เรียงลำดับตามเวลา ของพหุนามใน φ ซึ่งรู้จักกันในชื่อ ฟังก์ชัน Green nอนุภาค ถูกสร้างขึ้นโดยการอินทิเกรตเหนือฟิลด์ที่เป็นไปได้ทั้งหมด โดยทำให้เป็นมาตรฐานด้วยค่าคาดหวังสุญญากาศที่ไม่มีฟิลด์ภายนอก

ฟังก์ชันกรีนทั้งหมดเหล่านี้สามารถหาได้โดยการขยายเลขชี้กำลังในJ ( x )φ( x ) ในฟังก์ชันก่อกำเนิด

สามารถใช้การหมุนแบบ วิก(Wick rotation) เพื่อทำให้เวลาเป็นจำนวนจินตนาการ การเปลี่ยนเครื่องหมายเป็น (++++) จะให้ปริพันธ์ กลศาสตร์เชิงสถิติ φ 4 บน ปริภูมิยุคลิด 4 มิติ

โดยปกติแล้ว วิธีนี้จะใช้กับการกระเจิงของอนุภาคที่มีโมเมนตัมคงที่ ซึ่งในกรณีนี้การแปลงฟูริเยร์จะมีประโยชน์ โดยให้ผลลัพธ์แทน

ฟังก์ชันเดลต้าของ Dirac อยู่ที่ไหน

วิธีการมาตรฐานในการประเมินค่าอินทิกรัลเชิงฟังก์ชัน นี้ คือการเขียนให้อยู่ในรูปผลคูณของตัวประกอบเลขชี้กำลัง ดังแผนภาพ

ตัวประกอบเลขชี้กำลังสองตัวที่สองสามารถขยายได้เป็นอนุกรมกำลังและการจัดเรียงของการขยายนี้สามารถแสดงได้ด้วยกราฟ อินทิกรัลที่มี λ = 0 สามารถพิจารณาได้ว่าเป็นผลคูณของอินทิกรัลเกาส์เซียนพื้นฐานจำนวนอนันต์ และผลลัพธ์สามารถแสดงได้เป็นผลรวมของไดอะแกรมไฟน์แมนซึ่งคำนวณโดยใช้กฎของไฟน์แมนดังต่อไปนี้:

  • แต่ละฟิลด์ในฟังก์ชัน กรีนแบบยุคลิด nจุด จะถูกแทนด้วยเส้นภายนอก (ครึ่งขอบ) ในกราฟ และเชื่อมโยงกับโมเมนตัมp
  • จุด ยอดแต่ละจุดจะถูกแทนด้วยตัวประกอบ
  • ที่ลำดับ λ k ที่กำหนด ไดอะแกรมทั้งหมดที่มีเส้นภายนอกn เส้นและจุดยอด kจุด จะถูกสร้างขึ้นโดยที่โมเมนตัมที่ไหลเข้าสู่จุดยอดแต่ละจุดเป็นศูนย์ เส้นภายในแต่ละเส้นจะถูกแทนด้วยตัวประกอบ 1/( q 2 + m 2 ) โดยที่qคือโมเมนตัมที่ไหลผ่านเส้นนั้น
  • โมเมนตัมที่ไม่ถูกจำกัดใดๆ จะถูกรวมเข้ากับค่าทั้งหมด
  • ผลลัพธ์จะถูกหารด้วยตัวประกอบสมมาตร ซึ่งเป็นจำนวนวิธีที่สามารถจัดเรียงเส้นและจุดยอดของกราฟใหม่ได้โดยไม่เปลี่ยนแปลงการเชื่อมต่อของกราฟ
  • ห้ามรวมกราฟที่มี "ฟองสุญญากาศ" ซึ่งเป็นกราฟย่อยที่เชื่อมต่อกันโดยไม่มีเส้นภายนอก

กฎข้อสุดท้ายคำนึงถึงผลของการหารด้วยกฎของไฟน์แมนในปริภูมิ Minkowski ก็คล้ายกัน ยกเว้นว่าแต่ละจุดยอดจะถูกแทนด้วยในขณะที่แต่ละเส้นภายในจะถูกแทนด้วยตัวประกอบi /( q 2 - m 2 + i ε ) โดยที่ เทอม εแทนการหมุน Wick ขนาดเล็กที่จำเป็นเพื่อให้ปริพันธ์เกาส์เซียนในปริภูมิ Minkowski ลู่เข้า  

การปรับค่าปกติ

โดยทั่วไปแล้ว อินทิกรัลเหนือโมเมนตัมที่ไม่ถูกจำกัด ซึ่งเรียกว่า "อินทิกรัลลูป" ในกราฟของไฟน์แมนจะลู่เข้าสู่ค่าอนันต์ โดยปกติแล้วปัญหานี้จะได้รับการแก้ไขโดยการปรับค่าใหม่ (renormalization ) ซึ่งเป็นกระบวนการเพิ่มเทอมแก้ไขที่ลู่เข้าสู่ค่าอนันต์ให้กับลากรางเจียนในลักษณะที่ไดอะแกรมที่สร้างขึ้นจากลากรางเจียนดั้งเดิมและเทอมแก้ไขจะมีค่าจำกัด[ 4 ]จะต้องมีการแนะนำมาตราส่วนการปรับค่าใหม่ในกระบวนการนี้ และค่าคงที่ของการเชื่อมต่อและมวลจะขึ้นอยู่กับมาตราส่วนนี้ การพึ่งพานี้เองที่นำไปสู่ขั้วแลนเดาที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ และจำเป็นต้องรักษาค่าตัดให้มีค่าจำกัด

การแตกสมมาตรโดยธรรมชาติ

คุณสมบัติที่น่าสนใจสามารถเกิดขึ้นได้หากm 2กลายเป็นค่าลบ แต่ λ ยังคงเป็นค่าบวก ในกรณีนี้ สุญญากาศประกอบด้วยสถานะพลังงานต่ำสุดสองสถานะ ซึ่งแต่ละสถานะจะทำลาย สมมาตรทั่วโลก Z 2ของทฤษฎีดั้งเดิมโดยอัตโนมัติ สิ่งนี้นำไปสู่การปรากฏของสถานะรวมที่น่าสนใจ เช่นผนังโดเมนใน ทฤษฎี O (2) สุญญากาศจะอยู่บนวงกลม และการเลือกหนึ่งจะทำลาย สมมาตร O (2) โดยอัตโนมัติ สมมาตรที่ถูกทำลายอย่างต่อเนื่องนำไปสู่โบซอนโกลด์สโตนการทำลายสมมาตรโดยธรรมชาติประเภทนี้เป็นองค์ประกอบสำคัญของกลไกฮิกส์[ 5 ]

การแตกสลายโดยฉับพลันของสมมาตรแบบไม่ต่อเนื่อง

ระบบสัมพัทธภาพที่ง่ายที่สุดที่เราสามารถเห็นการแตกสมมาตรโดยธรรมชาติได้ คือระบบที่มีสนามสเกลาร์เดี่ยวที่มีลากรางเจียน

ที่ไหนและ

ลดโอกาสที่อาจเกิดขึ้นให้น้อยที่สุด ซึ่งอาจนำไปสู่...

ตอนนี้เราจะขยายขอบเขตของการเขียนขั้นต่ำนี้ออกไป

และเมื่อแทนค่าลงในลากรางเจียน เราจะได้

โดยที่เราสังเกตได้ว่าปริมาณส เกลาร์ ในขณะนี้มี พจน์ มวลเป็นบวก

การคิดในแง่ของค่าคาดหวังสุญญากาศช่วยให้เราเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นกับสมมาตรเมื่อมันถูกทำลายโดยธรรมชาติ ลากรางเจียนดั้งเดิมไม่เปลี่ยนแปลงภายใต้สมมาตรเนื่องจาก

เนื่องจากทั้งสองเป็นจุดต่ำสุด จึงต้องมีสุญญากาศที่แตกต่างกันสองแบบ: ด้วย

เนื่องจากสมมาตรใช้ดังนั้นจึงต้องใช้ด้วยเช่นกัน สุญญากาศที่เป็นไปได้สองแบบสำหรับทฤษฎีนั้นเทียบเท่ากัน แต่ต้องเลือกแบบใดแบบหนึ่ง แม้ว่าดูเหมือนว่าใน Lagrangian ใหม่สมมาตรจะหายไป แต่มันก็ยังคงอยู่ เพียงแต่ตอนนี้มันทำหน้าที่เป็น นี่เป็นลักษณะทั่วไปของสมมาตรที่ถูกทำลายโดยธรรมชาติ: สุญญากาศทำลายสมมาตรเหล่านั้น แต่จริงๆ แล้วมันไม่ได้ถูกทำลายใน Lagrangian เพียงแค่ซ่อนอยู่ และมักจะเกิดขึ้นในรูปแบบที่ไม่เป็นเชิงเส้นเท่านั้น[ 6 ]

วิธีแก้ปัญหาที่แม่นยำ

มีชุดคำตอบคลาสสิกที่แน่นอนสำหรับสมการการเคลื่อนที่ของทฤษฎีที่เขียนในรูปแบบ

ซึ่งสามารถเขียนได้สำหรับกรณีที่ไม่มีมวล ดังนี้[ 7 ]

โดยที่ คือฟังก์ชันไซน์เชิงวงรีของจาโคบี และ คือค่าคงที่ของการอินทิเกรตสองค่า โดยมี เงื่อนไข ว่าความสัมพันธ์การกระจาย ต่อไปนี้ เป็นจริง

จุดที่น่าสนใจคือ เราเริ่มต้นด้วยสมการที่ไม่มีมวล แต่คำตอบที่แท้จริงอธิบายถึงคลื่นที่มีความสัมพันธ์การกระจายตัวที่เหมาะสมกับคำตอบที่มีมวล เมื่อพจน์มวลไม่เป็นศูนย์จะได้

โดยตอนนี้เป็นความสัมพันธ์การกระจายตัว

สุดท้ายนี้ สำหรับกรณีของการแตกสมมาตร จะได้ว่า

โดย ที่ความสัมพันธ์การกระจายตัวต่อไปนี้เป็นจริง

คำตอบของคลื่นเหล่านี้มีความน่าสนใจ เพราะถึงแม้เราจะเริ่มต้นด้วยสมการที่มีเครื่องหมายมวลผิด แต่ความสัมพันธ์การกระจายตัวกลับมีเครื่องหมายที่ถูกต้อง นอกจากนี้ ฟังก์ชัน Jacobi dn ไม่มีค่าศูนย์ที่แท้จริง ดังนั้นสนามจึงไม่เป็นศูนย์ แต่จะเคลื่อนที่ไปรอบๆ ค่าคงที่ที่กำหนดไว้ ซึ่งถูกเลือกไว้ในตอนเริ่มต้น โดยอธิบายถึงการแตกสมมาตรโดยธรรมชาติ

สามารถพิสูจน์ความไม่ซ้ำกันได้ หากเราสังเกตว่าสามารถค้นหาคำตอบได้ในรูปแบบที่เป็น จากนั้นสมการเชิงอนุพันธ์ย่อยจะกลายเป็นสมการเชิงอนุพันธ์สามัญ ซึ่งเป็นสมการที่กำหนดฟังก์ชันวงรีของ Jacobi โดยที่สอดคล้องกับความสัมพันธ์การกระจายที่เหมาะสม[ 8 ]

ดูเพิ่มเติม

อ่านเพิ่มเติม

  • 't Hooft, G. , "พื้นฐานเชิงแนวคิดของทฤษฎีสนามควอนตัม" ( ฉบับออนไลน์ )
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Quartic_interaction&oldid=1355972162 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ปฏิสัมพันธ์ควอติก

ใน ทฤษฎีสนามควอนตัม ปฏิสัมพันธ์ควอติก หรือทฤษฎี φ⁴ คือ ปฏิสัมพันธ์ แบบหนึ่ง กับตัวเอง ใน สนามสเกลาร์ ปฏิสัมพันธ์ควอติกประเภทอื่นๆ สามารถพบได้ในหัวข้อ ปฏิสัมพันธ์สี่เฟอร์มิออน...

ลากรางเจียนสำหรับสนามสเกลาร์จริงที่มีมวลมาก

ความหนาแน่น ลาก รางจ์ สำหรับ สนามสเกลาร์ จริง ที่มีมวล และมีการปฏิสัมพันธ์แบบควอติกคือ

ลากรางเจียนสำหรับฟิลด์สเกลาร์เชิงซ้อน

ลากรางเจียนสำหรับ ฟิลด์สเกลาร์ เชิงซ้อน สามารถอธิบายได้ดังนี้ สำหรับฟิลด์สเกลาร์ สองตัว ลากรางเจียนจะมีรูปแบบ ดังนี้ φ 1 {\displaystyle \varphi _{1}} φ 2 {\displaystyle \varphi _{2}}

การหาปริมาณเชิงปริพันธ์ของเฟย์นแมน

การขยาย แผนภาพ Feynman อาจได้รับจาก สูตรอินทิกรัลเส้นทาง Feynman เช่น กัน [ 3 ] ค่า คาดหวังสุญญากาศที่ เรียงลำดับตามเวลา ของพหุนามใน φ ซึ่งรู้จักกันในชื่อ ฟังก์ชัน Green n อนุภาค ถูกสร้างขึ้นโดยการอินทิเกรตเหนือฟิลด์ที่เป็นไปได้ทั้งหมด โดยทำให้เป็นมาตรฐานด้วย...