¿Por qué los estados de una partícula se llaman representaciones irreducibles del grupo de Poincaré?

Se dice que los estados de una partícula en el espacio de Hilbert de una teoría de campo relativista cuantificada forman representaciones irreducibles del grupo de Poincaré. ¿Porqué es eso? Quiero decir, los textos populares en QFT no construyen explícitamente ninguna representación, sino que simplemente establecen que los estados de una partícula son representaciones. ¿Es esto tan obvio? Si no, ¿cómo se puede entender/asegurar que realmente forman una representación irreductible del grupo de Poincaré?

EDITAR: Además, se supone que los estados de una partícula son las representaciones irreducibles del grupo de Poincaré. ¿Significa que cualquier representación que esté etiquetada con valores únicos de los invariantes de Casimir es irreducible?

La idea general es que cualquier representación del grupo de Poincaré se puede etiquetar con un par ( metro , s ) , con cada una de las dos variables experimentando algunas condiciones particulares que nos llevan a leerlas como masa y espín. El argumento completo es más complejo, pero de alguna manera es de donde se parte.
@Gennaro Tedesco: ¿quiere decir que dado que los estados de una partícula están etiquetados por valores propios de los operadores de casimir, pertenecen a la representación del grupo de Poincaré?
Sí, lo hago (todo el argumento llama a los operadores de Casimir, como señaló).
Tenga en cuenta que en algunas fuentes, los campos que representan explícitamente las representaciones irreducibles del grupo de Poincaré se construyen explícitamente.

Respuestas (1)

Esto se responde en profundidad en el libro de Weinberg sobre teoría cuántica de campos (Vol. I, Capítulo 2).

La invariancia relativista significa invariancia de traducción e invariancia de Lorentz, por lo tanto, obviamente, invariancia de Poincaré, de modo que uno tiene una representación del grupo de Poincaré. Debido a la invariancia relativista y la unitaridad, el espacio de Hilbert de una QFT tiene una representación unitaria del grupo de Poincaré y se divide (como cualquier representación unitaria) en una suma directa de irreductibles. Ser irreducible significa no ser más divisible, por lo tanto, elemental . Uno puede clasificarlos y encuentra que describen partículas relativistas individuales, por lo tanto, partículas elementales .

Las representaciones irreducibles tienen casimiros constantes, pero los valores de las constantes no siempre caracterizan a las irrep. En particular, todas las representaciones irreducibles sin masa del grupo de Poincaré tienen los mismos valores para los Casimiros pero pueden diferir en helicidad.