¿Cuál es el método adecuado para obtener las Ecuaciones de movimiento a partir de esta acción de giro superior?

Los resultados que estoy tratando de derivar se pueden encontrar en este documento, apéndice B. En clase, solo he tratado acciones que involucran un solo campo escalar, por lo que tratar con acciones de esta forma es bastante desconocido para mí. Por algún contexto estamos en piso ( 2 + 1 ) espacio dimensional de Minkovski y tienen el siguiente conjunto de campos bosónicos totalmente simétricos φ i = { h α ( 2 s ) , h α ( 2 s 4 ) } dónde s > 1 Z es el espín del campo sin masa. la notación h α ( 2 s ) h α 1 α 2 s = h ( α 1 α 2 s ) es la abreviatura de un campo totalmente simétrico con 2 s índices de espinor (es decir, α = 1 , 2 ).

Estoy tratando de derivar las ecuaciones de movimiento (EoM) para los casos de giro entero y medio entero. Sorprendentemente, puedo derivar las 5 ecuaciones, sin embargo, para obtenerlas, modifico el método. El fudge funciona consistentemente, pero no sé por qué. Es casi seguro que estoy haciendo esto de una manera muy incorrecta, por lo que me gustaría que alguien me indique el método correcto. Solo mostraré cómo obtengo una de las EoM (ecuación B.4a del caso de giro de enteros en el artículo), el resto funciona de manera muy similar. La acción correspondiente es

(B.3) S s [ φ i ] = 1 2 ( 1 2 ) s d 3 X { h α ( 2 s ) h α ( 2 s ) 1 2 s ( β ( 2 ) h β ( 2 ) α ( 2 s 2 ) ) 2 ( s 1 ) ( 2 s 3 ) [ h α ( 2 s 4 ) β ( 2 ) γ ( 2 ) h β ( 2 ) γ ( 2 ) α ( 2 s 4 ) + 4 s 1 s h α ( 2 s 4 ) h α ( 2 s 4 ) + 1 2 ( s 2 ) ( 2 s 5 ) ( β ( 2 ) h α ( 2 s 6 ) β ( 2 ) ) 2 ] } .

Aquí = a a = 1 2 β ( 2 ) β ( 2 ) y la notación de la siguiente forma significa ( β ( 2 ) h β ( 2 ) α ( 2 s 2 ) ) 2 = ( β ( 2 ) h β ( 2 ) α ( 2 s 2 ) ) ( γ ( 2 ) h γ ( 2 ) α ( 2 s 2 ) ) . Me parece que se obtienen las dos EoM's dadas variando cada campo φ i independientemente. Entonces obtendré la EoM que corresponde a una variación en φ 1 , en cuyo caso, afortunadamente, los términos 4 y 5 del integrando no contribuyen. Entonces, solo necesito considerar los primeros tres términos, haré cada término por separado y los etiquetaré. I i = I 1 , I 2 , I 3 para facilitar la referencia. El primer fudge viene desde el principio;

d [ I 1 ] = d [ h α ( 2 s ) h α ( 2 s ) ] = d h α ( 2 s ) h α ( 2 s ) + h α ( 2 s ) d h α ( 2 s ) = 2 d h α ( 2 s ) h α ( 2 s ) .
No sé por qué (/si) la última igualdad debería mantenerse, pero hacer el mismo truco funciona para las 5 EoM. Ahora para el próximo término;
d [ I 2 ] = d [ 1 2 s ( β ( 2 ) h β ( 2 ) α ( 2 s 2 ) ) 2 ] = s ( β ( 2 ) h β ( 2 ) α ( 2 s 2 ) ) ( γ ( 2 ) d h γ ( 2 ) α ( 2 s 2 ) )
Aquí viene el siguiente (y último) fudge, creo que la idea es correcta, pero no la estoy ejecutando de manera rigurosa, en absoluto. La idea es integrar por partes y acabar con la variación en la frontera;
d 3 X d [ I 2 ] = s [ β ( 2 ) h β ( 2 ) α ( 2 s 2 ) d h γ ( 2 ) α ( 2 s 2 ) ] X i X F =   0 , la variación se desvanece en los límites + s d 3 X ( γ ( 2 ) β ( 2 ) h β ( 2 ) α ( 2 s 2 ) ) ( d h γ ( 2 ) α ( 2 s 2 ) ) = s d 3 X d h α ( 2 s ) β ( 2 ) α ( 2 ) h β ( 2 ) α ( 2 s 2 ) .
En la segunda línea, acabo de volver a etiquetar y reorganizar los índices de manera apropiada. Para mí, el término que se evalúa en los límites realmente no tiene sentido ya que este es el único lugar hasta ahora donde hay índices libres, pero no pude evitarlo. He leído que en tales situaciones es posible usar el teorema de Stokes/Gauss y asumir que los campos desaparecen en el límite, o algo así. El tercer término implica ambos campos. φ 1 y φ 2 , pero creo que estoy justificado en solo variar el φ 1 campo;
d [ I 3 ] = d [ ( s 1 ) ( 2 s 3 ) h α ( 2 s 4 ) β ( 2 ) γ ( 2 ) h β ( 2 ) γ ( 2 ) α ( 2 s 4 ) ] = ( s 1 ) ( 2 s 3 ) h α ( 2 s 4 ) β ( 2 ) γ ( 2 ) d h β ( 2 ) γ ( 2 ) α ( 2 s 4 ) .

Ahora integro por partes dos veces, y asumo que no solo se desvanecen las variaciones en el límite, sino también la derivada de las variaciones se desvanece en el límite (¿otro truco?);
d 3 X d I 3 = ( s 1 ) ( 2 s 3 ) d 3 X h α ( 2 s 4 ) β ( 2 ) γ ( 2 ) d h β ( 2 ) γ ( 2 ) α ( 2 s 4 ) = ( s 1 ) ( 2 s 3 ) { [ h α ( 2 s 4 ) γ ( 2 ) d h β ( 2 ) γ ( 2 ) α ( 2 s 4 ) ] X i X F =   0 d 3 X β ( 2 ) h α ( 2 s 4 ) γ ( 2 ) d h β ( 2 ) γ ( 2 ) α ( 2 s 4 ) } = ( s 1 ) ( 2 s 3 ) { [ β ( 2 ) h α ( 2 s 4 ) d h β ( 2 ) γ ( 2 ) α ( 2 s 4 ) ] X i X F =   0 d 3 X d h β ( 2 ) γ ( 2 ) α ( 2 s 4 ) β ( 2 ) γ ( 2 ) h α ( 2 s 4 ) } = ( s 1 ) ( 2 s 3 ) d 3 X d h α ( 2 s ) α ( 2 ) α ( 2 ) h α ( 2 s 4 ) .
Poniendo los tres términos juntos da
d S s [ φ 1 ] = d 3 X d h α ( 2 s ) { 2 h α ( 2 s ) + s β ( 2 ) α ( 2 ) h β ( 2 ) α ( 2 s 2 ) ( s 1 ) ( 2 s 3 ) α ( 2 ) α ( 2 ) h α ( 2 s 4 ) } .
Establecer la variación en la acción igual a cero da la EoM requerida:
h α ( 2 s ) + 1 2 s β ( 2 ) α ( 2 ) h β ( 2 ) α ( 2 s 2 ) 1 2 ( s 1 ) ( 2 s 3 ) α ( 2 ) α ( 2 ) h α ( 2 s 4 ) = 0.
Siento que el enfoque que estoy tomando va en la dirección correcta, ya que me da la EoM correcta no solo en este caso sino también en los otros 4, sin embargo, creo que está muy mal ejecutado y es descuidado. Disculpas por la extensión de la publicación, pero quería mostrarte cómo estaba abordando el problema para que sea más fácil ver dónde me estoy equivocando.

EDITAR

Ahora veo por qué se mantiene el primer 'fudge'... al integrar por partes, ahora no escribiré los términos de los límites, ya que podemos suponer que los campos se desvanecen en el infinito. Entonces el primer truco es cierto por lo siguiente;

d 3 X d [ h α ( 2 s ) h α ( 2 s ) ] = d 3 X { d h α ( 2 s ) h α ( 2 s ) + h α ( 2 s ) d h α ( 2 s ) } = d 3 X { d h α ( 2 s ) h α ( 2 s ) ( a h α ( 2 s ) ) ( a d h α ( 2 s ) ) } = d 3 X { d h α ( 2 s ) h α ( 2 s ) + ( a a h α ( 2 s ) ) d h α ( 2 s ) } = d 3 X { d h α ( 2 s ) h α ( 2 s ) + ( h α ( 2 s ) ) d h α ( 2 s ) } = d 3 X { 2 d h α ( 2 s ) h α ( 2 s ) }
donde he integrado por partes dos veces y los índices latinos son índices de Lorentz.

Preguntas restantes para la recompensa:

Todavía no estoy seguro de cómo escribir los términos de contorno al integrar por partes sin tener índices libres donde no deberían estar. Además, no estoy seguro de si la razón de nuestra capacidad para eliminar los términos de los límites es que la variación en los campos se desvanece en el infinito o el propio campo se desvanece en el infinito... creo que es lo último, ya que ahora es un Lagrangiano densidad y la integral es sobre todos los índices de espacio-tiempo de a .

Respuestas (1)

OP está preguntando esencialmente lo siguiente.

¿Por qué los términos de frontera (BT) desaparecen en la variación de la acción (B.3)?

Lo primero es lo primero: como está escrito literalmente, los BT no desaparecen. Hay BT adicionales que ref. 1 no escribe, como se explica a continuación.

Sin embargo, no es el alcance de la Ref. 1 para considerar la forma explícita de los términos de frontera (BT) en el principio de acción (B.3) (siempre que se sepa que existen).

De hecho, la acción (B.3) depende de las segundas derivadas del espacio-tiempo. Sin embargo, no es difícil averiguar la acción correcta (B.3'), mediante la integración formal por partes, ignorando los BT. La acción corregida (B.3') contiene sólo derivadas espacio-temporales hasta primer orden.

Esta acción corregida (B.3') sirve como principio de acción real para las ecuaciones de Euler-Lagrange (EL).

No es difícil ver que todos los BT se desvanecen en la variación de la acción corregida (B.3') si imponemos condiciones de contorno de Dirichlet (BC).

Referencias:

  1. SM Kuzenko y DX Ogburn, giro más alto fuera de la cáscara norte = 2 supermultipletes en tres dimensiones, arXiv:1603.04668 .
¿Conoce algún recurso (conferencias, libros de texto, artículos) en el que pueda aprender el formalismo adecuado para este tipo de teoría de campos? Supongo que soy bastante ingenuo con las sutilezas y técnicas en esta área. Por ejemplo, ni siquiera sé el significado de la acción que contiene segundas derivadas y por qué lo señalas. Tampoco conozco la forma correcta de ejecutar la integración por partes para tales funcionales.