El elemento de matriz de un operador de orden normal

La ecuación (1.137) en Negele y Orland da la siguiente identidad para un operador de orden normal A ( a i , a i ) :

ϕ | A ( a i , a i ) | ϕ = A ( ϕ i , ϕ i ) mi ϕ i ϕ i

Para los estados coherentes (bosones) | ϕ = mi ϕ i a i | 0 . Cuando intento probar esto, obtengo un factor de 1/2 en el exponente. voy a poner un ejemplo sencillo A = a i a i para tratar de encontrar mi error. Primero defino η = ϕ i a i y usa la identidad

a i η norte = norte ϕ i η norte 1 + η norte a i .

Entonces puedo mostrar

a i | ϕ = ( mi η a i + ϕ i mi η ) | 0

Un término del cual mata el vacío, así que he demostrado

ϕ | a i a i | ϕ = 0 | ϕ i ϕ i mi η mi η | 0

Entonces quiero usar la fórmula de Baker-Campbell-Hausdorf. el conmutador

[ η , η ] = [ ϕ i a i , ϕ j a j ] = [ ϕ i a i , ϕ i a i ] + i j [ ϕ i a i , ϕ j a j ] = ϕ i ϕ i , ( 1 )
y cuando conmutas todo por el segundo término y matas el vacío. Dado que este es un escalar, la fórmula BCH da

en ( mi η mi η ) = η + η + 1 2 ϕ i ϕ i

Reorganice la suma, expóngala, elimine un poco más el vacío y obtengo la expresión correcta, ¡pero con un factor de 1/2!

¿Qué estoy haciendo mal? Mi primera conjetura está en la ecuación (1), tal vez hay algún conteo de dobles que no veo, pero puedes escribir cosas como

[ , ] = [ 1 , ] + [ 2 , ] + . . . = [ 1 , 1 ] + [ 1 , 1 ] + [ 2 , 2 ] + [ 2 , 2 ] + . . .
= [ i , i ] + i j [ i , j ] .

Respuestas (1)

I) factor de OP 1 2 proviene del uso de la versión truncada

(1) mi A mi B   =   mi A + B + 1 2 [ A , B ]

de la fórmula de Baker-Campbell-Hausdorff . La fórmula (1) se cumple si el conmutador [ A , B ] viaja con ambos operadores A y B .

II) Lo que realmente se necesita en el cálculo de OP es más bien esta versión

(2) mi A mi B   =   mi [ A , B ] mi B mi A

de la fórmula truncada de Baker-Campbell-Hausdorff. La fórmula (2) no contiene la mitad. Se puede derivar fácilmente usando la fórmula (1) dos veces.

III) En concreto, con = 1 , los operadores A = ϕ i a i y B = ϕ i a i juegan el papel de las partes de aniquilación y creación, respectivamente. el conmutador [ A , B ]   =   ϕ i ϕ i 1 es un C -número. La expresión ordenada normal (que se necesita en el cálculo de OP) es la rhs. de la ec. (2) (a diferencia del derecho de la ecuación (1), que no está ordenado normalmente). En particular, el paréntesis de dos estados coherentes dice ϕ | ϕ = mi ϕ i ϕ i .

Pero el conmutador [ A , B ] = [ a , a ] = 1 , un escalar aquí (supongo que un escalar multiplicado por el operador de identidad), y eso SÍ conmuta con a y a . Comencé con la versión completa de BCH, eliminé los términos superiores que desaparecen (creo) y usé el mapa exponencial para obtener lo que quería. ¿No?
Actualicé la respuesta.
Tengo que decir que todavía estoy sorprendido por esto. ¿Cómo puedes saber que (2) está en orden normal si A y B ¿Hay algún operador antiguo cuyo conmutador sea proporcional a la identidad? Veo cómo no puedes saber si (1) está en orden normal, pero ¿cómo puedes saber si (2) lo está?