¿Cómo entender el calor específico negativo de un fermión de Majorana sin masa en una dimensión?

Consideremos un fermión de Majorana sin masa en un anillo de longitud L con una condición de frontera periódica a una temperatura T . Luego, el cálculo de la teoría del campo conforme nos dice que la función de partición cuántica de esta única Majorana es ( k B 1 )

Z ( T , L ) = x 1 / dieciséis ( τ ) x 1 / dieciséis ( τ ) | τ = i / ( L T ) ,
dónde x h ( τ ) es el carácter Virasoro del campo primario con dimensión conforme h . Luego, cuando el tamaño del sistema es grande L T 1 , el comportamiento asintótico de la función de partición es
Z ( T , L ) Exp { π L T 6 [ C 12 ( h + h ¯ ) ] } ,
dónde h = h ¯ = 1 / dieciséis es decir, el valor más bajo de los generadores Virasoro L 0 y L ¯ 0 de la Majorana sin masa con una carga central C = 1 / 2 .

Por lo tanto, podemos obtener el calor específico por unidad de longitud como

C v = 1 L T 2 T 2 [ T en ( Z ( T , L ) ) ] = π T 3 ( C 12 h 12 h ¯ ) = π T 3 < 0  (cuando  T > 0 ) .
Mi pregunta es cómo entender este calor específico negativo y ¿significa que el fermión de Majorana es térmicamente inestable a cualquier temperatura finita?

Respuestas (1)

La energía libre por unidad de longitud de un quiral C = 1 Fermión de Dirac, o un no quiral C = 1 / 2 Majorana sin masa es

β F / L = d k 2 π en ( 1 + mi β v F | k | ) = 1 π β v F norte = 1 ( 1 ) norte + 1 1 norte 2 = π 12 1 β v F

Para cargo central general C tenemos

F / L = π C 6 β 2 v F
esto es negativo, pero la energía interna es
mi / L = β ( β F / L ) = + π C 6 β 2 v F = π 12 β 2 v F = π k B 2 T 2 12 v F .
El calor específico es entonces
( 1 / L ) mi T = π C k B 2 T 3 v F = π k B 2 T 6 v F
Esto es positivo y depende sólo de C como debería. no se de donde sacas el peso h pedacitos de. Creo que hay factores adicionales que deben incluirse en la expresión de la función de partición termodinámica en términos de los personajes de Virasoro, pero hace demasiado tiempo que no trabajé en estas cosas y mi copia de Di Francisco está en mi inaccesible oficina.

obtuve el h y 's de la ecuación (21.115) en las notas de clase de Fradkin: eduardo.physics.illinois.edu/phys583/ch21.pdf Luego, más allá de la ecuación (21.120) allí, tenía un término adicional. También estoy tratando de verificar mis derivaciones.
No estoy seguro, pero supongo que su primera ecuación podría estar calculando la energía libre del fermión en el sector Neveu-Schwarz (condición de límite antiperiódica) (en el que Majorana tiene una función de partición como | x 0 + x 1 / 2 | 2 ). Podría haber una corrección ( 2 1 / dieciséis ) , debido a pedidos normales, en Casimir energy ( 2 C / 24 ) entre el sector Neveu-Schwarz y el sector Ramond.
Quieres la 21.114 de Eduardo con yo β = 1 / k T para obtener mi expresión F = F / L . Las otras ecuaciones no abordan los efectos de la temperatura, ya que son T independiente. El L 0 'pecado H tampoco son relevantes, ni la energía de Casimir ϵ gramo en 21.20 ya que nuevamente es independiente de la temperatura. No había leído ese capítulo, aunque él me había enviado una copia. Es un libro de próxima publicación.
Tienes razón y de hecho me perdí los términos sublíderes en la relación asintótica de los personajes de Virasoro que acabo de verificar de Di Francesco. Una vez considerados, la contribución restante neta es solo la parte del cargo central.