Difeomorfismos y la acción de Dirac

Tengo una pregunta sobre los fermiones en el espacio-tiempo curvo. Léalo hasta el final antes de sugerir el enfoque basado en la conexión por espín y el vierbein.

Escuché que hay una forma especial de pensar sobre las partículas de espín-1/2 (fermiones de Dirac) en el espacio-tiempo plano: el campo de espinor ψ ( X ) se considera un multiplete escalar (Grassmaniano) (bajo las transformaciones de Lorentz), pero el vector de 4 valores matricial γ m se transforma como un cuadrivector real.

el valor de la ψ El campo aquí está en correspondencia con el valor del campo de transformación de espinor habitual, pero tomado en algún marco de referencia fijo (en el que γ m tomar los valores fijos habituales). cantidades como ψ ¯ γ m ψ transforman como vectores, que es básicamente por qué este formalismo es equivalente al estándar (con ψ transformándose como espinor y constante γ m ).

La acción de Dirac es entonces simplemente

S [ ψ ] = d 4 X ψ ¯ ( i γ m m metro ) ψ ,
que es manifiestamente invariante de Lorentz en este extraño formalismo.

Mi pregunta es sobre el espacio-tiempo curvo de GR. La idea es escribir algo como

S [ ψ ] = d 4 X gramo ψ ¯ ( i γ m m metro ) ψ ,
dónde γ m se transforma como vector de valores matriciales bajo GCT, m ψ y m ψ son equivalentes ya que ψ es básicamente un multiplete escalar (grassmaniano). Así que esta nueva acción es manifiestamente difeomorfismo-invariante, y concuerda con el campo de Dirac en el límite del espacio plano. También (desde { γ m , γ v } = 2 gramo m v 1 4 × 4 ) el campo métrico se puede construir a partir de (¿más fundamental?) campo vectorial con valores matriciales γ m .

Mi maestro dice que es incorrecto, y estoy bastante seguro de que lo es, pero no puede explicar por qué (y eso es lo que realmente me molesta). Una suposición es que la interacción entre los fermiones y la gravedad probablemente no sea correcta, ya que no existe un término de conexión de espín (como en el enfoque estándar basado en vierbein).

Entonces la pregunta es: ¿qué debo agregar en esta acción para que el término de interacción fermión-gravedad sea correcto, dado que no quiero abandonar este extraño formalismo y considerar la transformación del espinor de ψ .

Este formalismo está subespecificado y no es obvio para mí que tenga sentido. Por GCT, ¿quiso decir transformada de coordenadas generales, es decir, un elemento de D i F F ( R 4 ) ? ¿Puedes decir con más precisión cómo γ m se supone que debe transformarse debajo de estos?

Respuestas (2)

El problema con el argumento (incluso en el espacio-tiempo de Minkowski) es que los espinores no son multipletes escalares. La forma habitual de definir los espinores es especificando su regla de transformación en las transformaciones de Lorentz (consulte la sección 4.1.1 de http://www.damtp.cam.ac.uk/user/tong/qft/four.pdf ), y esto es no cómo se transformaría una colección de campos escalares.

Sin embargo, puede continuar e intentar definir algún campo de la forma propuesta anteriormente. El tema es que luego los objetos γ m que ha definido son vectores con valores matriciales (es decir, no existe una regla de transformación adicional para los índices matriciales). La combinación

ψ ¯ ( i γ m m metro ) ψ
es entonces solo una suma de términos que involucran campos escalares
ψ ¯ α ( i γ α β m m metro ) ψ β .
Si bien esto es invariante de Lorentz, depende de la elección arbitraria de vectores γ α β m . Este es el mismo problema que surge al tratar de definir un operador diferencial de primer orden que sea invariante de Lorentz y no dependa de alguna elección inicial de vector preferido. Es la motivación para introducir espinores en la ecuación de Dirac.

El formalismo que sugiere es perfectamente correcto, y no "extraño", ya que se generaliza a espacios-tiempos curvos mientras que la ley de transformación habitual de los espinores no lo hace. El único problema es su integrando, que no tiene un significado invariante coordinado. Simplemente reemplace las derivadas parciales con las covariantes y está bien.

1. Al actuar sobre escalares, las derivadas covariantes son solo derivadas parciales. 2. No estoy de acuerdo con "todo está bien", porque lo que recibo no es la teoría habitual de Dirac en el espacio-tiempo curvo.