¿Diferencias entre el espín de QFT y la teoría de Einstein-Cartan?

Buenas tardes a todos,

Actualmente estoy estudiando QFT y fundamentos de la Relatividad General (GR) y la teoría de Einstein-Cartan (EC). Es decir, acabo de estudiar la definición del tensor tensión-energía de Belinfante-Rosenfeld y su particular equivalencia con el tensor tensión-energía simétrico ordinario de GR. Entonces entiendo que esta definición del tensor tensión-energía podría ser la más adecuada ya que satisface las leyes de conservación de QFT/GR y por las evidencias empíricas de QFT/GR respectivamente.

Sin embargo, no entiendo el concepto de "giro" cuando se consideran GR o EC. He visto de S. Weinberg - Gravitation and Cosmology la siguiente definición para un vector de espín:

S m = ϵ m v λ ρ j v λ tu ρ ,

dónde j v λ = ( X v T λ 0 X λ T v 0 ) d X 3 , T λ ρ es el tensor tensión-energía (supongo que es el tensor tensión-energía canónico, aunque es simétrico en el caso particular considerado por Weinberg) y tu ρ es la velocidad de cuatro.

Supongo que esta definición debería reproducir las expresiones correctas para el espín de los campos escalar, espinoral y vectorial teniendo en cuenta la expresión del tensor tensión-energía de dichos campos. ¿Es esto correcto?

Por otro lado, no entiendo la cantidad de tensor de espín. d S d Γ λ ρ v presentes en la teoría EC, donde Γ λ ρ v son los componentes de la conexión afín con torsión. ¿Cuál es la diferencia entre este tensor de espín y el vector de espín de Weinberg definido anteriormente? Por ejemplo, de acuerdo con la teoría EC, el tensor de espín de la materia es idénticamente cero si el tensor de torsión desaparece y se recupera el GR, sin embargo, existen otras cantidades (como se puede ver arriba) que representan el espín de la materia en tal caso de GR. . Entonces, considerando también la evidencia empírica, ¿cuál es la expresión apropiada para el giro de la materia?

En mi opinión, una posible respuesta es que el tensor de espín presente en la teoría EC es la única cantidad para representar el espín de la materia en esa teoría y, por lo tanto, tiene la propiedad singular de desaparecer cuando la torsión es cero, por lo que este marco exige la existencia de torsión para introducir fuentes giratorias en el universo (ya que GR exige curvatura cuando está presente un tensor de tensión-energía). Además, el enfoque estándar de GR dado por Weinberg et al. no necesita la presencia de torsión y logra describir el giro de la materia sin la presencia de torsión (es decir, solo en un espacio-tiempo curvo), por lo que ambos enfoques son compatibles con la evidencia empírica actual pero desde un punto teórico de vista tienen diferencias fundamentales. ¿Es esto correcto?

Además sé que el tensor esfuerzo-energía de EC es generalmente asimétrico y no tengo ningún problema con este resultado, solo con las posibles relaciones y diferencias entre las cantidades de espín de las teorías mencionadas.

Atentamente.

Creo que el giro en QFT es realmente la representación irreducible unitaria de la s tu ( 2 ) , que no está relacionado con GR.
Estoy un poco inseguro de cuál es la pregunta. Las dos cantidades de "giro" de las que está hablando parecen estar (relacionadas con) el momento angular intrínseco clásico de los campos. La noción QFT de espín es completamente diferente; se ocupa únicamente de la representación del grupo de Poincaré en el que se transforma un campo / una partícula en el espacio plano , mientras que esto también es "momento angular intrínseco", es de un tipo diferente al "giro clásico" de un campo. Entonces, si solo pregunta sobre las diferencias de los giros clásicos de la teoría GR y EC, entonces QFT y el giro cuántico son completamente irrelevantes.
@PhilS Sé que es un OT, pero ¿dónde estudias la teoría de EC? (Me refiero a qué libro usas, o algo así)

Respuestas (1)

Gracias por tus respuestas.

En términos generales, según mi comprensión limitada, es posible introducir en QFT el concepto de giro de un campo definiendo su Lagrangiano asociado (por ejemplo, el Lagrangiano de Dirac para un campo de espinor de Dirac) y analizando la invariancia bajo rotaciones de espacio-tiempo. Por lo tanto, tenemos que tratar con un conjunto de { S a b } generadores asociados al grupo de Lorentz y también con una representación irreducible de dicho grupo, que es diferente según el espín del campo considerado. ¿Es esto correcto?

Además si definimos la cantidad S a = ϵ a b C d S b C tu d Resulta que S 2 S a S a es un operador de Casimiro del grupo de Lorentz que conmuta con todos los elementos del grupo de Lorentz y el lema de Schur implica que todos los vectores de la representación irreducible son vectores propios de S 2 con el mismo valor propio, por lo que creo que esto justifica que S a representa una cantidad fundamental asociada con el giro del campo y sus leyes de transformación bajo el grupo de Lorentz.

Si esto es correcto, el siguiente paso sería extender estas nociones a GR y quizás esto sea lo que aparece en los análisis de Weinberg et al. Entonces mi problema es la posible relación entre S m (o una expresión alternativa asociada con el tensor de espín de la materia) y el d S d Γ λ ρ v cantidad definida en la teoría EC. Por ejemplo, leí que "Rosenfeld demostró mediante los teoremas de Noether que el tensor de tensión-energía de Belinfante-Rosenfeld derivado en QFT coincide con el tensor de tensión-energía simétrico ordinario de GR en presencia de un espacio-tiempo curvo", por lo que ambos tensores son relacionado y considero el tensor de tensión-energía simétrico ordinario de GR como el tensor de tensión-energía natural de la materia en el espacio-tiempo curvo. Como creo que hoy GR es la teoría de la gravedad más precisa (omitiendo otros enfoques equivalentes desde el punto de vista fenomenológico actual, como por ejemplo el teleparalelismo), entonces considero el mencionado tensor simétrico de tensión-energía como la cantidad más precisa y completa para caracterizar el tensor tensión-energía de la materia. Del mismo modo, me preguntaba si tal relación podría existir entre un tensor de giro en QFT (o en una extensión de QFT en un espacio-tiempo curvo) y la teoría EC (es decir, en presencia de torsión, si existe)? Por ejemplo, sería una relación entre S m y d S d Γ λ ρ v , en analogía a la relación entre el tensor de tensión-energía de Belinfante-Rosenfeld y el tensor de tensión-energía de Einstein-Hilbert, pero no sé si esto es posible o conocido, por eso quería hacer mis preguntas aquí.