¿Podría este modelo tener soluciones de solitón?

Consideramos una teoría descrita por el Lagrangiano,

L = i Ψ ¯ γ m m Ψ metro Ψ ¯ Ψ + 1 2 gramo ( Ψ ¯ Ψ ) 2

Las ecuaciones de campo correspondientes son,

( i γ m m metro + gramo Ψ ¯ Ψ ) Ψ = 0

¿Podría este modelo tener soluciones de solitón? Sin el último término, es solo un campo de Dirac (si gramo = 0 ), pero tiene que ser incluido. Esto es similar al modelo Thirring . Estuve buscando este campo en libros y artículos pero no lo he encontrado. Si lo sabes, ¿podrías darme alguna referencia?

Supongo que estás tratando de hacer un sombrero mexicano fermiónico. Por favor, dígalo--- porque cualquiera de los signos de m en la acción da una masa positiva para el Fermion.
Supongo que m es positivo como en la ecuación de dirac. ¿Cuál es el problema?
Oh--- ok--- Me equivoqué. Pensé que estabas tratando de hacer solitones como los que ocurren en la forma bosónica de esta acción (que no funciona).
En realidad estoy tratando de saber si algún tipo de solitón (o al menos una onda solitaria) es posible en este modelo.
@Anthony: este modelo es fermiónico. Los solitones son superposiciones coherentes de excitaciones bosónicas. Pero el modelo conserva una carga U(1) que cuenta los fermiones, de modo que se puede hacer un mar de Fermi con una gran cantidad de fermiones y tal vez obtener un condensado superconductor, que luego puede tener solitones. Pero no creo que esto sea lo que quisiste decir. ¿Quizás puedas decir exactamente qué tipo de solitón estás buscando? Si desea una solución clásica de la forma ψ ( X ) , no va a funcionar, porque ψ es Fermi.
No estoy seguro de si es muy importante, pero me gustaría saber por qué dices que una solución clásica no va a funcionar. Me gustaría saber si se conoce este modelo, como digo antes no lo he encontrado en ninguna referencia y me gustaría saber si tenéis alguno.
@Anthony: los campos fermiónicos no tienen soluciones clásicas. Este modelo está muy estudiado --- es el modelo de Gross Neveu.
@Anthony: Los solitones son para los fermiones bilineales, y la literatura relevante es la "bosonización nonabeliana" de Witten de finales de la década de 1970, 1978 o más o menos. Está dando el modelo de 1 componente, que es "bosonización abeliana" porque es un álgebra actual U (1). U(1) puede tener solitones en 2d porque U(1) puede envolverse en un círculo grande en 2d, pero los solitones son bosónicos, son como los solitones de condensación BCS, no como fermiones directamente. Leí estos documentos hace mucho tiempo, pero nunca trabajé con ellos, intentaré escribir una respuesta adecuada, pero necesita pensar un poco.
Muchas gracias, nunca antes había oído ese nombre, Gross-Neveu. Si puedes escribir una respuesta te estaré muy agradecido.
@Anthonny, noté que no ha aceptado ninguna respuesta de sus colegas de física. Revise algunas respuestas antiguas y acepte algunas, ya que algunas de ellas, si no la mayoría, parecen estar bien respondidas. :]
@RonMaimon: Deberías cambiar tu comentario en una respuesta. Podríamos votarlo aunque el OP no lo cierre.
@Jon: Me gustaría revisar el artículo de Witten antes de hacerlo. Solo tengo la oportunidad de ir a la biblioteca una vez a la semana. Si tiene acceso institucional, este es el material de álgebra actual de bosonización no abeliana.
Pero, ¿cómo sabemos en general, con solo mirar (cualquier) Lagrangiano, si tendrá o no soluciones de solitón? (lo siento, me uní tarde... 2,5 años tarde...)

Respuestas (1)

La respuesta a esta pregunta es no asumir dimensiones superiores a 1+1. Esto se puede ver observando que la ecuación de movimiento para el campo fermiónico es solo el límite de masa que va al infinito de un campo escalar acoplado a un campo fermiónico. Esto se puede ver de la siguiente manera. Considere el Lagrangiano

L = 1 2 ( ϕ ) 2 1 2 metro 2 ϕ 2 + ψ ¯ ( i γ gramo ϕ ) ψ .
Las ecuaciones de movimiento se obtienen fácilmente para ser
2 ϕ + metro 2 ϕ = gramo ψ ¯ ψ ( i γ gramo ϕ ) ψ = 0.
La ecuación del campo escalar se puede integrar inmediatamente para dar
ϕ = gramo d D X Δ ( X y ) ψ ¯ ( y ) ψ ( y )
con el propagador el de una partícula libre. Este propagador, en el límite de una masa muy grande del campo escalar, es justamente proporcional a d D ( X y ) . Esta observación es crucial para lo siguiente. Entonces, nos quedamos con la ecuación.
( i γ k ψ ¯ ψ ) ψ = 0
dónde k es una constante que depende de los parámetros metro y gramo del Lagrangiano del que partimos. De esta forma hemos recuperado la ecuación propuesta por el OP pero acabamos de demostrar que este es el límite de masa grande de un campo escalar acoplado a un campo fermionario.

Ahora, hacemos la teoría cuántica de campos en el Lagrangiano inicial y escribimos la función de partición como

Z [ j , η ¯ , η ] = [ d ϕ ] [ d ψ ¯ ] [ d ψ ] mi i d D X [ 1 2 ( ϕ ) 2 1 2 metro 2 ϕ 2 + ψ ¯ ( i γ gramo ϕ ) ψ ] mi i d D X [ j ϕ + η ¯ ψ ψ ¯ η ] .
La parte del fermión se puede integrar inmediatamente generando un potencial al campo escalar en la forma
V ( ϕ ) = i t r   yo norte [ i γ gramo ϕ ] ( X , X ) .
Esto se puede evaluar mediante una expansión de bucle como
V ( ϕ ) = gramo 1 ϕ 3 gramo 2 ϕ 4 + .
Ahora, independientemente del valor de la masa del campo escalar y de la presencia de un vev finito, usando el teorema de Derrick sabemos que las soluciones estacionarias localizadas a una ecuación de onda no lineal o ecuación de Klein-Gordon no lineal en dimensiones tres y mayores son inestables. Esto concluye la prueba de que la ecuación modelo producida por el OP no tiene soluciones de solitón en dimensiones tres y superiores. En las dimensiones 1+1 estos pueden existir.