¿Cómo mostrar que ψ¯ψψ¯ψ\bar\psi\psi de un espinor de Dirac ψψ\psi se transforma como un escalar?

Me gustaría mostrar que para un espinor de Dirac ψ , el producto escalar ψ ¯ ψ se transforma como un escalar bajo una transformación de Lorentz Λ , dónde ψ ¯ = ψ γ 0 . Este es el ejercicio II.1.1 a) de QFT de Zee en pocas palabras .

Esto es lo que he probado hasta ahora:

ψ se transforma como ψ ψ = S ( Λ ) ψ = mi i 4 ω m v σ m v ψ , dónde σ m v = i 2 [ γ m , γ v ] son los generadores del álgebra de Lorentz Lie, y ω m v son los coeficientes de la transformación de Lorentz Λ .

Entonces tenemos la transformación

ψ ¯ ψ ψ ¯ ψ = ψ γ 0 ψ = ( S ( Λ ) ψ ) γ 0 ( S ( Λ ) ψ ) = ψ S ( Λ ) γ 0 S ( Λ ) ψ (1) = ψ mi i 4 ω m v σ m v γ 0 mi i 4 ω m v σ m v ψ

En la última línea, tengo una situación similar a mi A B mi A que normalmente se evalúa en una expansión (de primer orden) como mi λ A B mi λ A B + λ [ A , B ] + O ( λ 2 ) . Esto tendría sentido si el conmutador [ A , B ] desaparece, porque entonces (1) sería igual a ψ γ 0 ψ = ψ ¯ ψ , que es lo que queremos demostrar.

Pero en este caso, esto no funciona, ya que en la primera exponencial tenemos un σ m v . Así que traté de calcular esto primero:

σ m v = i 2 ( γ m γ v γ v γ m ) = i 2 ( γ m γ v γ v γ m ) = i 2 ( γ 0 γ m γ 0 γ 0 γ v γ 0 γ 0 γ v γ 0 γ 0 γ m γ 0 ) (2) = i 2 ( γ 0 γ m γ v γ 0 γ 0 γ v γ m γ 0 )

¿Cómo proceder? ¿Cómo puedo usar (2) para transformar (1) en ψ ¯ ψ ?

¡Estás increíblemente cerca! Qué le sucede a σ γ 0 si usas (2)?
Qué ( γ 0 ) 2 ?
Basta con demostrar que ψ ¯ ψ es invariante a primer orden. Entonces, debido a las propiedades de la exponencial, será invariante en todos los órdenes. Ahora que has encontrado σ m v , expanda las exponenciales y mantenga los términos de primer orden como máximo.
relacionado: physics.stackexchange.com/q/572830/226902 (¡pero este no es un escalar!)

Respuestas (1)

De hecho, es posible, y no demasiado difícil, probar esto sin expandir los exponenciales solo a primer orden.

Lo que estás tratando de probar es S γ 0 = γ 0 S 1 , esto es equivalente a

γ 0 S γ 0 = S 1
porque ( γ 0 ) 2 = 1 . Expandir S = norte 1 norte ! ( i 4 ω m v σ m v ) norte y ves que es suficiente probar
γ 0 ( σ m v ) norte γ 0 = ( σ m v ) norte .

Ahora, el lado izquierdo es igual a ( γ 0 σ m v γ 0 ) norte , por lo que solo nos falta probar que

γ 0 ( σ m v ) γ 0 = σ m v .
Esto es obvio a partir de su ecuación (2).

¡Gracias! ¿Se puede hacer esto también para el vector? ψ ¯ γ m ψ ? Ver esta pregunta. Una pista es muy apreciada (no tiene que ser una respuesta completa, porque se trata de tareas y ejercicios).