Cuantificación de restricciones de primera clase para álgebras abiertas: ¿pueden coexistir la hermiticidad y la no conmutatividad?

Un álgebra abierta para una colección de restricciones de primera clase, GRAMO a , a = 1 , , r , viene dada por el corchete de Poisson { GRAMO a , GRAMO b } = F a b C [ ϕ ] GRAMO C clásicamente, donde las constantes de estructura son funciones de los grados de libertad dinámicos, ϕ . Al cuantificar una teoría de calibre, un estado físico | ψ tiene que satisfacer las restricciones de primera clase GRAMO ^ a | ψ = 0 . A partir de esto, uno puede ver fácilmente [ GRAMO ^ a , GRAMO ^ b ] | ψ = 0 . En la versión cuántica de la teoría, la ecuación de Poisson tiene que ser reemplazada por una ecuación de operador conmutador. En general, F ^ a b C [ ϕ ^ ] no viaja con GRAMO ^ C . Una posibilidad es que el lado derecho de la ecuación para el conmutador de dos restricciones esté ordenado de modo que la restricción GRAMO ^ C siempre está a la derecha en el producto del operador. Sin embargo, el producto resultante no será hermético en general debido a la no conmutatividad. El conmutador de dos operadores hermitianos es siempre antihermitiano. Entonces, esto significa que los operadores de restricción de primera clase tienen que ser no hermitianos. Si queremos que los operadores de restricción sean hermitianos, requerimos [ GRAMO ^ a , GRAMO ^ b ] = i O ( F ^ a b C [ ϕ ^ ] GRAMO ^ C ) dónde O es alguna forma de ordenamiento de operadores. Sin embargo, esta ordenación de operadores en general contendrá algunos términos que no aniquilan | ψ en general porque GRAMO ^ C no siempre estará a la derecha. ¿Cómo se soluciona esto?

Respuestas (3)

I) Reformulemos la pregunta de OP (v1) como

¿Cómo puede la hermiticidad 1 mantenerse para el álgebra de calibre

(1) [ GRAMO ^ a , GRAMO ^ b ]   =   i   GRAMO ^ C   F ^ C a b
de restricciones de operador de primera clase GRAMO ^ a , si los operadores de estructura 2
(2) F ^ C a b   =   F C a b ( q ^ i , pag ^ j )
dependen de los operadores espaciales de fase q ^ i y pag ^ j ?

(Tenga en cuenta que en el lado derecho de la ecuación (1), dejamos que el operador GRAMO ^ C pararse a la izquierda del operador F ^ C a b . Esto se hace por razones puramente convencionales para seguir la Ref. 1. Esta reorganización solo significa que deberíamos trabajar con sujetadores físicos ψ | en lugar de kets físicos | ψ , que es una formulación equivalente.)

II) Nuestro primer punto es que la identidad del operador del álgebra de calibre (1) es solo la primera en una torre (posiblemente infinita) de relaciones de consistencia del operador. Por ejemplo, los operadores de estructura (2) deben satisfacer una identidad de operador similar a la de Jacobi, que a su vez implica un nuevo conjunto de operadores de estructura superior, y así sucesivamente.

Resulta que el enfoque más sistemático es reformular la simetría de calibre (1) en el formalismo de Batalin-Fradkin-Vilkovisky (BFV), que es una generalización del método hamiltoniano BRST de la teoría de Yang-Mills a métodos arbitrarios de primera clase . 3 (1), incluso las llamadas álgebras de gauge reducibles .

El objeto principal en la teoría BFV es un operador de carga BRST fermiónico 4

(3) q ^   =   GRAMO ^ a   C ^ a + 1 2 PAG ¯ ^ C   F ^ C a b   C ^ b C ^ a +

que cuadra a cero

(4) q ^ 2   =   0.

Por razones de brevedad obviamente tendríamos que omitir muchos detalles aquí, pero mencionemos que C ^ y PAG ¯ ^ son fantasmas y momentos fantasma, que llevan el número fantasma + 1 y 1 , respectivamente. El operador de carga BRST q ^ se requiere tener numero fantasma + 1 . El álgebra de calibre (1) está codificada como una de las primeras relaciones de operadores en una torre (posiblemente infinita) de relaciones de operadores que están ocultas dentro de la condición de nilpotencia (4).

El resultado es que la unitaridad de la teoría se implementa esencialmente (entre otras condiciones) requiriendo Hermiticidad de la carga BRST

(5) q ^   =   q ^ .

ecuación (5) dicta en gran medida qué tipo de estructura de hermiticidad/realidad se debe imponer al sistema. En general, estas condiciones de hermiticidad/estructura de la realidad se interrelacionarán entre las restricciones del operador de primera clase GRAMO ^ a , los operadores de estructura (2), los operadores de estructura superior, etc., cf. Árbitro. 1.

Referencias:

  1. IA Batalin y ES Fradkin, Cuantificación operativa de sistemas dinámicos sujetos a restricciones. Un estudio adicional de la construcción, Annales de l'institut Henri Poincaré (A) Physique théorique, 49 (1988) 145. Los archivos pdf y djvu están disponibles aquí .

1 Ignoraremos las sutilezas con operadores ilimitados , dominios, extensiones autoadjuntas , etc., en esta respuesta.

2 Una observación lateral semántica: la noción de un álgebra de calibre abierto es tradicionalmente una noción en el formalismo lagrangiano, donde el álgebra de calibre se rompe luego fuera de la cáscara. En general, es menos sencillo identificar en el lenguaje hamiltoniano si un sistema de calibre (1) corresponde a un álgebra de calibre abierta en el formalismo lagrangiano, o si no lo es.

3 Desde entonces, el formalismo BFV se ha desarrollado aún más para hacer frente a las restricciones de segunda clase.

4 Expansiones de q ^ con otros pedidos de operador (pedido de Weyl, pedido de mecha, etc.) en el sector fantasma son posibles, consulte, por ejemplo, la sección 6 en la Ref. 1 para más detalles. El operador de carga BRST q ^ en principio se le permite depender de .

La respuesta correcta hace uso de BRST. En breve, GRAMO ^ a es no hermitiano en general. Dejame explicar. En BRST, aumentamos los campos de calibre y materia con campos fantasma C ^ a , b ^ b que satisfacen las relaciones canónicas de anticonmutación { C ^ a , C ^ b } = { b ^ C , b ^ d } = 0 y { C ^ a , b ^ b } = d b a . Además, requerimos que ambos campos fantasma sean hermitianos. Esto significa que el sector fantasma tiene que tener una norma indefinida. Defina el operador de número fantasma total como norte ^ gramo h C ^ a b ^ a . Hay un operador fermiónico Ω ^ con número fantasma + 1 , es hermitiano y es cuadráticamente nilpotente Ω ^ 2 = 0 .

Expandir Ω ^ como

Ω ^ = C ^ a GRAMO ^ a + 1 2 ! C ^ a C ^ b b ^ C F ^ a b C + 1 3 ! 2 ! C ^ a C ^ b C ^ C b ^ d b ^ mi F ^ a b C d mi +
donde el GRAMO ^ , F ^ Los operadores no contienen factores fantasma. Es importante observar que ( C ^ a C ^ b b ^ C ) = C ^ a C ^ b b ^ C d C a C ^ b + d C b C ^ a . Entonces, la condición Ω ^ = Ω ^ se traduce en infinitas relaciones comenzando con
GRAMO ^ a = GRAMO ^ a 1 2 F ^ b a b + 1 2 F ^ a b b + .
De todos modos, usted ve las limitaciones GRAMO ^ a ya no son hermitianos en general.

Un estado físico satisface Ω ^ | ψ = 0 . Si este estado tiene cero número fantasma, esto se reduce a la restricción de primera clase GRAMO ^ a | ψ = 0 .

Es interesante observar el caso especial de la gravedad cuántica en el formalismo ADM. Allí tenemos restricciones hamiltonianas y restricciones de difeomorfismo, y forman un álgebra abierta. Si definimos el hamiltoniano extendido como H ^ = d 3 X { b ^ ( X ) , Ω ^ } dónde b ^ ( X ) es el operador fantasma asociado con los difeomorfismos de tiempo en el punto espacial X , entonces el operador hamiltoniano extendido no es hermitiano. reemplazándolo con d 3 X { norte ^ ( X ) b ^ ( X ) , Ω ^ } dónde norte ^ ( X ) es algún operador de campo de lapso de fijación de calibre no cambia este hecho en absoluto.

Las respuestas dadas básicamente se reducen a eliminar la condición de hermiticidad para GRAMO ^ a . DE ACUERDO. Digamos clásicamente, el corchete de Poisson va como { GRAMO a , GRAMO b } = F a b C GRAMO C , y después de la cuantificación, requerimos que esto se traduzca en [ GRAMO ^ a , GRAMO ^ b ] = i F ^ a b C GRAMO ^ C con el producto del operador en el lado derecho tomado precisamente en este orden. La dificultad es que solo hay elecciones muy particulares para el operador que ordena el producto para GRAMO ^ a puede conducir a esta forma de ordenamiento del operador en el lado derecho. Más exactamente, tal vez no deberíamos pensar en ello como una prescripción de pedido de productos tanto como una elección particular de deformación en la cuantización. En general, para álgebras abiertas, va a ser muy difícil encontrar un deformación con esta propiedad. ¿Cómo se hace para encontrar una deformación con esta propiedad?