Normalización integral de trayectoria estadística

Así que estoy viendo una integral de trayectoria estadística , lo que significa que trabajo con una acción euclidiana. El propagador de mi integral de trayectoria (de Wiener) viene dado por:

k ( X T , T | X 0 , 0 ) = X ( 0 ) = 0 X ( T ) = X T D X Exp ( 0 T [ metro 2 ( X ˙ ) 2 + F X ] d t ) ,
que es básicamente una partícula libre en un potencial de gravedad. Como la acción es cuadrática, la fórmula WKB
k ( X T , T | X 0 , 0 ) 1 2 π 2 S [ X k yo ( t ) ] X 0 X T Exp ( S [ X k yo ( t ) ] )
debería ser exacto.

La ecuación de movimiento me da que la trayectoria de la partícula que cumple las condiciones de contorno está dada por:

X k yo ( t ) = F 2 metro ( t T ) t + X T X 0 T t + X 0 .
Usando este camino, puedo calcular la acción clásica que se vuelve igual a:
S k yo = F 2 24 metro T 3 + F T 2 ( X T + X 0 ) + metro 2 ( X T X 0 ) 2 T .

Sustituyendo todos mis resultados en la fórmula WKB, se obtiene que el propagador ahora está dado por:

k ( X T , T | X 0 , 0 ) = metro 2 π T Exp ( metro 2 ( X T X 0 ) 2 T F T 2 ( X T + X 0 ) + F 2 T 3 24 metro ) .
Sin embargo, el problema con este propagador es que no permanece normalizado. Si exijo que el propagador permanezca normalizado en todo momento T , entonces mi propagador está dado por:
k ( X T , T | X 0 , 0 ) = metro 2 π T Exp ( metro 2 ( X T X 0 ) 2 T F T 2 ( X T + X 0 ) + F 2 T 3 24 metro F T 6 [ F T 2 metro 6 X 0 ] ) ,
lo que produce un término extra en comparación con la primera versión.

Extra: método de intervalos de tiempo

Creo que he encontrado la fuente de mi problema, y ​​se puede ver mirando el propagador infinitesimal dado por

k ( X j , t j | X j 1 , t j 1 ) = metro 2 π Δ t j Exp ( X j 1 F Δ t j + F 2 2 metro ( Δ t j ) 3 ) × Exp ( metro 2 Δ t j [ X j ( X j 1 + F metro ( Δ t ) 2 ) ] 2 ) .
En la parte superior vemos que la normalización obtiene un factor exponencial adicional que hará que el propagador de la integral de trayectoria (en el tiempo) diverja. ¡También tenga en cuenta que también tiene (más o menos) la misma forma que el factor de normalización necesario (respaldando mi afirmación anterior)!

Pregunta (nueva) : por simplicidad computacional, me gustaría que mi propagador permanezca normalizado. ¿Está bien usar solo la segunda versión normalizada para mis valores esperados, o simplemente está mal? La respuesta a la vieja pregunta, por supuesto, sigue siendo bienvenida, ya que puede volverse relevante para una mayor exploración de la integral de trayectoria.

Pregunta (antigua) : ¿Hay algún tipo de teorema adicional que limite la corrección de las fórmulas de WKB, o me perdí un término importante adicional aquí? He recalculado el resultado un par de veces y todo parece correcto a primera vista.

Acerca de la solución

También verifiqué mi solución en la literatura (Dittrich & Reuter) pero encontraron la misma solución (divergente) sin ninguna explicación. Así que al menos sé que la solución encontrada es correcta. Desafortunadamente, todavía no tengo idea de lo que esto significa para mi física.

Sí hay. La aproximación WKB tiene cáusticas y la función de onda WKB correcta debe ser corregida por Maslov al cruzar una de ellas.
@QuantumBrick, interesante. Pero, ¿cuál es el punto cáustico por el que pasó mi sistema? Me parece un lagrangiano demasiado simple para hacer ese tipo de cosas especiales. Por supuesto que puedo estar equivocado :s.
De hecho, es. Yo estaba hablando en general. Su sistema es una partícula libre más un potencial lineal, ¿verdad? De hecho, no hay cáusticos. Trataré de pensarlo, esperando que alguien más sabio venga y te responda primero. ja ja
Creo que te has topado con un problema mayor de lo que tú (y yo) habíamos imaginado. De hecho, no se puede pensar en el propagador como normalizable. Esto lo señala QMechanic en esta publicación: physics.stackexchange.com/q/81230
@QuantumBrick, dado que estoy viendo integrales de ruta de Wiener (integrales de ruta puramente reales), siempre deben ser normalizables. La única forma en que puedo perder/ganar la normalización es cuando hay una barrera en la que se extraen/agregan partículas, lo cual no es el caso. Pensé en tratar de calcular la integral de la ruta usando la definición exacta (fracción de tiempo), sin embargo, luego necesito normalizar manualmente, lo que me hace terminar con la segunda forma. De alguna manera tengo la sensación de que esto tiene que ver con una libertad de elección en cómo eliges tu acción.

Respuestas (1)

Nos dan la acción 1

(A) S [ X ]   =   d t   L , L   =   metro 2 X ˙ 2 V   =   metro 2 X ˙ 2 + F X , V   :=   F X ,

dónde F es una fuerza externa constante. Las condiciones de contorno de Dirichlet dicen

(B) X ( t i )   =   X i y X ( t F )   =   X F .

OP calcula correctamente la acción en el shell

(C) S C yo ( X F , t F ; X i , t i )   =   metro 2 ( Δ X ) 2 Δ t + F X ¯ Δ t F 2 24 metro ( Δ t ) 3 ,

dónde

(D) Δ t   :=   t F t i , Δ X   :=   X F X i , X ¯   :=   X F + X i 2 .

Consideremos el sistema mecánico cuántico en el espacio de Minkowski. (La formulación euclidiana estadística se puede encontrar a través de la continuación analítica/ rotación de Wick τ mi = i t METRO .) Antes de la primera cáustica, la integral núcleo / ruta está dada por la fórmula mecánica cuántica exacta

(MI) k ( X F , t F ; X i , t i )   =   metro 2 π i 1 Δ t Exp [ i S C yo ( X F , t F ; X i , t i ) ] ,

donde la acción en el caparazón S C yo ( X F , t F ; X i , t i ) viene dada por la expresión (C). Se puede verificar a través de la integración gaussiana que esta fórmula (E) satisface precisamente la propiedad del (semi)grupo

(F) k ( X F , t F ; X i , t i )   =   R d X metro   k ( X F , t F ; X metro , t metro ) k ( X metro , t metro ; X i , t i ) ,

lo cual es vital para la formulación de la integral de trayectoria . Destacamos que el tercer y último término de la derecha. de la ec. (C) juega un papel crucial para la validez de la ec. (F). Cualquiera de las modificaciones propuestas por OP destruiría la propiedad (semi) grupal (F).

Destacamos que la propiedad de normalización

(GRAMO) | R d X F   k ( X F , t F ; X i , t i ) |   = ?   1 ( ¡No vale para un propagador genérico! )
no se puede mantener para un potencial genérico, cf. esto y esto Phys.SE publicaciones.

Sin embargo, la propiedad de normalización (G) se cumple para el propagador (E), por lo que no hay problema con la normalización en el espacio de Minkowski. Parece que el problema de normalización de OP es provocado por una condición de normalización un tanto contraria a la intuición en el espacio euclidiano dictada por la continuación analítica/rotación de Wick.

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1 Nótese que la interpretación de F como fuerza y V como un potencial en la acción (A) cambia de signo bajo la rotación de Wick. En otras palabras, el signo del término potencial en la euclidiana y la acción de Minkowski se interpretan de manera opuesta. Este es, por supuesto, un efecto bien conocido, cf. por ejemplo, mi respuesta Phys.SE aquí .

,gracias por la respuesta. De hecho, recuerdo mis dudas sobre la normalización de la integral de camino en una de las preguntas vinculadas. Si entendí correctamente, solo hay dos propiedades verdaderas para el propagador: la normalización delta y la propiedad de (semi)grupo. Entonces, de hecho, no puedo esperar que si estoy normalizado en el espacio de Minkowski, aún permanezca normalizado en un tiempo imaginario. Si te entiendo correctamente, las integrales de trayectoria de tiempo imaginario no están normalizadas (es por eso que definimos esto como la función de partición). Entonces, para mis valores esperados, ¿debería dividir por esta función de partición?
@Dominique: Sí.
suena bastante bien :-). ¡Gracias de nuevo por ayudarme con las integrales de ruta!
Tal vez una última pregunta secundaria: ¿la suma de los términos (que normalizan mi camino integral) no tiene el mismo efecto que medir mi acción, haciéndola correcta?
¿Midiendo qué simetría?
¿No puedo determinar mi acción según los términos del formulario? t F ( t ) , permitiéndome agregar ese tipo de términos? ¿O eso es simplemente incorrecto para las integrales de trayectoria?
Parece que está hablando de ambigüedades en la acción fuera del caparazón funcional hasta los términos límite. Sin embargo, aquí se dan las condiciones de contorno (B), y la acción en el caparazón (C) es la única solución.