Prueba de una identidad de cálculo vectorial

En https://arxiv.org/abs/hep-ph/0010057 se afirma sin prueba la siguiente igualdad de cálculo vectorial, aunque en la nota [4] se hace el comentario críptico de que "La relación es esencialmente la identidad del espacio de impulso ( k × A ) 2 = k 2 A 2 ( k A ) 2 en el espacio de posición":


De hecho existe la relación vectorial:

A 2 ( X ) d 3 X = 1 4 π d 3 X d 3 X [ × A ( X ) ] [ × A ( X ) ] | X X | (6) + 1 4 π d 3 X d 3 X [ A ( X ) ] [ A ( X ) ] | X X | + s tu r F a C mi   t mi r metro s
Cada uno de los dos términos es positivo; por lo tanto (hasta la cuestión del término superficial) podemos minimizar la integral de A 2 por elección A = 0. Con esta elección la integral de A 2 es mínimo de acuerdo con nuestras observaciones anteriores y se expresa solo en términos del campo magnético × A


Este (6) es de hecho una identidad muy interesante y Gubarev, et al, continúan mostrándola también en forma relativista invariante. Cuando A es el vector potencial, B = × A , luego en el calibre de Coulomb A = 0 y

A 2 ( X ) d 3 X = 1 4 π d 3 X d 3 X B ( X ) B ( X ) | X X | + s tu r F a C mi   t mi r metro s
Ignorando los "términos superficiales" en el infinito y asumiendo que las integrales de (6) son de hecho positivos, entonces tenemos el mínimo independiente del indicador en el lado derecho que depende solo del B campo:
A 2 ( X ) d 3 X 1 4 π d 3 X d 3 X B ( X ) B ( X ) | X X | .
Tengo dos preguntas:

  1. Me gustaría ver una explicación más detallada de la prueba basada en el espacio de momento - igualdad de espacio de posición
  2. ¿Por qué es obvio que en el lado derecho de (6) cada una de las dos integrales es positiva?
No estoy tan seguro acerca de su pregunta 2, y solo lo estoy dirigiendo a otra parte para la pregunta 1, por lo que creo que lo mejor es un comentario. La relación mencionada en la nota [4] es fácil de probar para dos vectores cualquiera simplemente forzando bruscamente la expansión. Dicho esto, no me parece que esa relación sea realmente relevante para derivar (6); que en cambio parece un trabajo similar para derivar descomposiciones clásicas de tipo Helmholtz. Esa matemática parece útil: en.wikipedia.org/wiki/Helmholtz_decomposition .

Respuestas (1)

Como sugirió @flevinBombastus, aquí hay un boceto de la prueba de la igualdad en Equation ( 6 ) basado en [1]. Empezar con

2 1 | X X | = d ( X X )
y
× ( × v ) = ( v ) 2 v
Entonces
A ( X ) = d 3 X A ( X ) d ( X X ) = d 3 X A ( X ) 2 1 | X X | ,
por lo tanto
d 3 X A ( X ) A ( X ) = d 3 X d 3 X A ( X ) A ( X ) 2 1 | X X |

Ahora integre RHS por partes sobre X . Si A se desvanece en el infinito, entonces el término de la superficie se desvanecerá, y después de algunos reordenamientos e integración parcial más, obtenemos la identidad requerida Eq. (6). Curiosamente, el mismo procedimiento también funciona para el producto escalar de dos campos vectoriales. Esto se ocupa de la primera pregunta.

[1] Durand: "Sobre una identidad para la integral de volumen del cuadrado de un campo vectorial", Am.J.Phys. 75 (6), junio de 2007