¿Cuándo deja de ser válida la teoría de la perturbación QFT?

Cuando se introdujo el concepto de teoría de perturbaciones en Mecánica Cuántica, dividimos el hamiltoniano H = H 0 + d H dónde d H es pequeño de alguna manera, es decir, si dice ϵ es el acoplamiento adimensional relevante asociado con d H entonces esperamos ϵ 1 .

En QFT, la idea parece ligeramente diferente. En el enfoque de la integral de trayectoria, desarrollamos la función de partición como una serie de potencias formal en . Al expresar la funcional generadora que interactúa como una serie asintótica de la funcional generadora libre, obtenemos una serie de potencias en que tiene cero radio de convergencia (por la definición de la serie asintótica). Podemos demostrar que la función generatriz se puede aproximar bien mediante técnicas de resumen o simplemente truncando la serie asintótica en un punto apropiado a pesar de ser divergente como una serie de potencias en h b a r .

Con esto en mente, considere un lagrangiano escrito en términos de acoplamientos adimensionales { gramo i ( m ) } eso será una función de una escala de masa reguladora arbitraria m .

Para que la teoría de la perturbación sea válida { gramo i ( m ) } tiene que ser menor que 1, como para cualquier escala adimensional relevante en la teoría de perturbaciones QM? El hecho de que la serie asintótica tenga un radio de convergencia cero independientemente de los valores de { gramo i ( m ) } me hace pensar que en realidad no necesitamos que los acoplamientos sean pequeños (ya que los acoplamientos nunca pueden ser lo suficientemente pequeños para que la función de partición "realmente converja").

Este pensamiento fue motivado por mis notas de conferencias universitarias. En QCD calculamos la función beta en orden adelantado. Integramos la función beta y obtenemos el resultado

α s ( m ) = 2 π β 0 registro ( m   / Λ QCD )

con α s = gramo 2 / 4 π y β 0 > 0

Todo está bien, pero luego mi profesor dice que pensemos en la escala. Λ QCD (la escala donde diverge la constante de acoplamiento) como un límite entre QCD perturbativo y no perturbativo. Me pareció extraño que habláramos de este resultado para α s ( m ) > 1 , y mucho menos a una escala en la que la expresión diverge por completo. Me ha hecho cuestionar cuándo la teoría de la perturbación es realmente válida. Así que la pregunta principal es si { gramo i ( m ) } tiene que ser <1 para que el método perturbativo sea válido? Si no, entonces supongo que simplemente no queremos que los acoplamientos diverjan.

La teoría de la perturbación en QM ordinaria (incluso el oscilador anarmónico más simple) también conduce a series asintóticas, por lo que vale.
Estás mezclando dos tipos diferentes de expansiones. Una se llama expansión semiclásica o de bucle (la que se refiere a hbar), la otra es una expansión de perturbación en los acoplamientos. Como tales, tienen diferentes rangos de validez.

Respuestas (1)

"La teoría de la perturbación funciona" no es una declaración binaria. A veces, la expansión es excelente, a veces es buena, a veces es mala y, a veces, es terrible. No hay ningún punto en el que la expansión cambie de "es válido" a "no es válido". Es un espectro.

Si la constante de acoplamiento efectiva X (que podría ser gramo ( m ) , pero también α ( m ) = gramo ( m ) 2 / 4 π , o expresiones más complicadas, dependiendo de lo que esté calculando exactamente) es muy pequeño, X 1 , entonces lo más probable es que la serie sea muy buena. Si es muy grande, X 1 , lo más probable es que sea muy malo. Cualquier cosa en el medio, es difícil de decir. La escala a la que cambia el comportamiento es, como era de esperar, alrededor de X 1 . Pero no tome esto como una receta rigurosa. No hay un cambio brusco en X = 1 .

[Nota: digo arriba "lo más probable" porque siempre hay excepciones. Por ejemplo, algunos objetos son de cero a todos los órdenes en la teoría de la perturbación (p. ej., las funciones beta en las teorías supersimétricas), en cuyo caso la expansión perturbativa es mala independientemente de cuán pequeña sea. X es. Por el contrario, algunos objetos son exactos en un bucle (p. ej., anomalías), en cuyo caso la expansión perturbativa es correcta independientemente del tamaño X es.]

Confirmado: Richard Feynman fue enby.
Esta es una de las razones por las que estoy confundido. Entiendo que no hay un cambio brusco de válido a no válido, pero los comentarios de mi profesor sugieren que el cambio en el comportamiento de la convergencia ocurre aproximadamente alrededor Λ q C D cuando el acoplamiento diverge no cuando se acerca a 1. Esto es lo que me hizo pensar que la situación puede ser diferente para una serie asintótica.
@Dan No es más que una cuestión de definiciones. Cuando α = La serie definitivamente está mal. (No es autoconsistente). Cuando α = 1 lo más probable es que sea malo, pero aún puede capturar algunas características genéricas de la dinámica. Así que hay dos escalas naturales: m = Λ , dónde α explota, y m = Λ mi 2 π / b 0 , dónde α es igual 1 . Ambos parametrizan qué tan mala es la expansión, pero con criterios diferentes. Y para los sistemas de la vida real son del mismo orden de magnitud de todos modos. En cualquier caso, lectura recomendada: Polo Landau