Demostrar que una teoría es invariante de escala

Soy un poco nuevo en estas transformaciones invariantes para campos, por lo que he tenido problemas para manipularlos y agradecería cualquier orientación.

Vi en este artículo de wikipedia que, por ejemplo, un ϕ 4 teoría, que tiene el Lagrangiano:

L = 1 2 ( m ϕ ) 2 + gramo ϕ 4

es invariante bajo las transformaciones:

X λ X           t λ t           ϕ λ 1 ϕ

Intenté verificar esto comenzando desde la transformación de escala general:

X m λ X m           ϕ λ a ϕ

Para realmente encontrar eso a = 1 para esta teoría. Sustituyendo en el lagrangiano obtengo:

L = 1 2 ( m ( λ a ϕ ) ) 2 + gramo ( λ a ϕ ) 4

L = 1 2 λ 2 a ( m ϕ ) 2 + gramo λ 4 a ϕ 4

Dado que la acción es invariante si recuperamos el lagrangiano original más una derivada total, de alguna manera tengo que separar los términos para recuperar esto. Podría demostrar que esta teoría sí es invariante. Sin embargo, no sé cómo proceder.

Sin embargo, si tomo la derivada de la transformación:

ϕ ( X ) = λ a ϕ ( X )     ϕ ( X ) = λ a ϕ ( X ) =

Pero también:

ϕ ( X ) = ϕ ( λ X )     ϕ ( X ) = λ 1 ϕ ( X )

Igualando ambos términos me da a = 1 . Sin embargo, dado que esto solo depende de la derivada, debería aplicarse a cualquier teoría y no solo ϕ 4 , así que supongo que estoy haciendo algo mal.

Te perdiste varias cosas (p. ej., la derivada y la transformación de medida). Relacionado: Transformación de d 4 X bajo traducción ignorada? (en particular, eq.9 en mi respuesta).
Gracias, revisé tu otra respuesta y vi que me faltaba el término X indexar el campo ϕ , así que en general ahora sé cómo proceder. Rehice el cálculo y de hecho obtuve los exponentes correctos excepto por el d . Sé que significa la dimensionalidad de la teoría, pero no entiendo cómo apareció a partir de la transformación.
Recuerde que una medida de integración se transforma a través de un jacobiano: si X = A y , entonces d X = det ( A ) d y . En este caso, A = λ 1 d , dónde 1 d es el d × d matriz de identidad.
Tienes razón, me olvidé por completo del jacobiano al cambiar la medida de integración, y de hecho la matriz será d × d . Trabajaré en otros ejemplos para comprender mejor las matemáticas, pero ahora entiendo. Estaré marcando esta pregunta como respondida entonces.

Respuestas (1)

Solo para cerrar esta pregunta con la respuesta proporcionada por AccidentalFourierTransform (gracias nuevamente por la ayuda), resolveré el ejemplo ilustrado en caso de que alguien lo encuentre útil en el futuro.

Así que a partir de las transformaciones:

X m λ X m           ϕ λ a ϕ

Para mayor claridad, estos se expresan como:

X m = λ X           ϕ ( X ) = λ a ϕ ( λ X )

Usando la regla de la cadena, la derivada es:

m ϕ ( λ X ) = λ ϕ ( λ X ) = λ a + 1 ϕ ( X )

Insertando en la acción:

S = 1 2 ( m ϕ ( X ) ) 2 + gramo ( ϕ ( X ) ) 4 ) d X

S = 1 2 λ 2 ( a + 1 ) ( m ϕ ( X ) ) 2 + λ 4 a gramo ( ϕ ( X ) ) 4 ) d X

Para transformar la medida de integración, recordamos que para X = Λ X , entonces d X = d mi t ( Λ ) d X , donde en nuestro caso Λ = λ I 4 . Por lo tanto, d mi t ( Λ ) = λ 4 , entonces d X = λ 4 d X y por lo tanto:

S = L d X = ( 1 2 λ 2 ( a + 1 ) 4 ( m ϕ ( X ) ) 2 + λ 4 a 4 gramo ( ϕ ( X ) ) 4 ) d X

que solo se satisface si a = 1 , demostrando así que esta transformación de escala deja invariante la acción.