De las representaciones a las teorías de campo

Los estados de una partícula, así como los campos en la teoría cuántica de campos, se consideran representaciones del grupo de Poincaré, por ejemplo, representaciones escalares, espinores y vectoriales.

¿Existe algún procedimiento sistemático que parta de la etiqueta de Dynkin para una representación dada, para construir un Lagrangiano de esa teoría de campos? En caso afirmativo, ¿dónde puedo encontrar ese procedimiento?

No me importa agregar interacción por invariancia de calibre de estos lagrangianos, ya sea que no se vuelva a normalizar o no. Puedo vivir con teorías efectivas.

Relacionado: physics.stackexchange.com/q/21801/2451 y enlaces allí.

Respuestas (2)

No todas las representaciones irreductibles (irrep para abreviar) del grupo de Poincaré conducen a un Lagrangiano. Un ejemplo (ver mi comentario a la respuesta de Julio Parra) son las representaciones de masa cero, "helicidad continua" (a veces llamada "helicidad infinita").

Hay, sin embargo, una manera de comenzar con una energía positiva irrep del grupo de Poincaré (es decir, un espacio de 1 partícula) y construir las álgebras de observables locales libres (es decir, que no interactúan) directamente, sin recurrir a un Lagrangiano. Se basa en métodos que provienen de álgebras de operadores; véase, por ejemplo, R. Brunetti, D. Guido y R. Longo, Modular Localization and Wigner Particles , Rev. Math. física 14 (2002) 759-786, arXiv:math-ph/0203021 .

Parece que vale la pena mencionar que Brunetti et al solo construyen campos libres, ya que no está claro si el OP piensa que las representaciones determinan de manera única la dinámica.
@ user1504 - Sí, debería haberlo mencionado. Modificaré mi respuesta en consecuencia. Por otro lado, si observa el último párrafo de la pregunta, me pareció que el OP quería agregar el término de interacción en una etapa posterior mediante un acoplamiento mínimo, por lo que me pareció razonable suponer que quería obtener primero la parte "gratuita" apropiada (por favor, usuario 26143, corríjame si me equivoco).
A su debido tiempo: planteé puntos relacionados en mi respuesta a la siguiente pregunta relacionada con la física.SE: physics.stackexchange.com/questions/13488/to-construct-an-action-from-a-given-two-point-function/ 46578
Muchas gracias por tu respuesta. Sí. Primero quiero obtener el Lagrangiano para el campo libre. Disculpe, ¿podría proporcionar una referencia para la inexistencia del Lagrangiano para las representaciones de "helicidad continua"? Miré arXiv:math-ph/0203021, no tengo el acceso para la ref[30] "GJ Iverson, G. Mack, Quantum field and Interaction of Massless Particles: the Continuous Spin Case, Ann. of Phys. 64 (1971) 211-253" en este momento...

No creo que exista tal cosa. Por lo general, los representantes solo lo ayudan a clasificar el tipo de objetos que tiene (es decir, los números cuánticos que los identifican) y cómo se transforman en el grupo correspondiente. Lo único similar que conozco es que algunas de las repeticiones del grupo de Poincaré, o en realidad los espacios vectoriales que las llevan, tienen una correspondencia con el espacio de soluciones de Hilbert de alguna ecuación de onda.

  • espín 0: ecuación de Klein-Gordon

  • spin 1/2 : Ecuación de Dirac

  • giro 3/2: Rarita-Schwinger

  • etc.

y puede construir un Lagrangiano/Acción que da estos como la dinámica.

Hay una subfamilia de irreps del grupo de Poincaré, a saber, las representaciones de "helicidad continua" de masa cero, que no admite ninguna formulación lagrangiana.
Puede hacer una declaración mucho más fuerte: las representaciones no determinan únicamente un Lagrangiano. Tienes que agregar otras suposiciones para obtener leyes dinámicas.
@ user1504: lo siento si soy exigente, pero esa sería una declaración (¡importante!) de "no unicidad", mientras que mi contraejemplo es más bien uno de "no existencia", por lo que ambas declaraciones tratan diferentes problemas.
@PedroLauridsenRibeiro: Mi comentario iba dirigido a Julio. No estoy argumentando que las representaciones determinan un Lagrangiano. Esto falla incluso para el bosón quiral 2d.