Prueba del operador de cantidad de movimiento invariante de calibre

Se dice que el operador de cantidad de movimiento invariante de Gauge es PAG ~ = PAG q Λ ( R ) , dónde R es el operador de posición y Λ ( R ) es una función real.

La transformación unitaria dada es tu = mi i q Λ ( R ) / . Entonces, para mostrar la forma de PAG ~ necesito calcular:

PAG ~ = tu PAG tu = mi i q Λ ( R ) / PAG mi i q Λ ( R ) / .

Creo que puedo proceder usando una expansión de Taylor de tu , entonces:

PAG ~ = ( 1 + i q Λ ( R ) + ) PAG ( 1 i q Λ ( R ) + ) = PAG i q PAG Λ ( R ) + i q Λ ( R ) PAG + q 2 2 Λ ( R ) PAG Λ ( R ) + PAG i q PAG Λ ( R ) + i q Λ ( R ) PAG ,

donde, en la última aproximación he usado que q 1 . si introduzco PAG = i en el último paso, obtengo la forma deseada de PAG ~ de los dos primeros términos, pero el último término es adicional y es equivalente a Λ ( R ) .

¿Por qué obtengo este término adicional? Tal vez simplemente no estoy siguiendo el procedimiento correcto. ¿Alguna sugerencia?

Respuestas (2)

Si Λ es una función del operador de posición, no puede simplemente tratar Λ como una función escalar. De hecho, lo que estás obteniendo es PAG ~ = PAG i q [ PAG , Λ ( R ) ] .

Para funciones analíticas, siempre puede expandir Λ como una serie de potencias en R y calcule el conmutador con PAG por cada potencia de R usando las relaciones canónicas de conmutación y la regla del producto para operadores. obtendrás [ PAG , Λ ( R ) ] = i Λ ( R ) . Usando esto obtienes el resultado que estabas buscando.

Para conmutadores que involucran funciones de operadores, consulte, por ejemplo, aquí physics.stackexchange.com/q/98372
Eso tiene sentido para mí. Pero creo que el conmutador debe ser [ PAG , Λ ( R ) ] = i Λ ( R ) ? con el correspondiente de PAG = i .
¡Sí! eso es lo que escribí. Tengo la costumbre de establecer = 1 . Escribiendo Λ en lugar de Λ es solo una cuestión de notación :-)

Debes recordar que estos operadores actúan sobre funciones de onda:

tu PAG tu + ψ = PAG ψ i PAG ( q Λ ψ ) + i q Λ PAG ψ
a primer orden en q Λ . Nótese que en el segundo término de la derecha, PAG actúa sobre Λ ψ y no solo en Λ . Usando el hecho de que
PAG ( Λ ψ ) = ( PAG Λ ) ψ + Λ ψ
Por lo tanto, el último término de la primera ecuación se cancela con el último término de la segunda relación. Resulta que
tu PAG tu + ψ = PAG ψ i q ( PAG Λ ) ψ = PAG ψ + q ( Λ ) ψ

¡Por supuesto! No sé cómo me olvidé considerando eso, la definición real de una transformación de operador es esa < ψ | PAG ~ | ψ >=< ψ | PAG | ψ > . Por lo tanto, es cierto que se debe considerar la acción sobre un ket estatal. Usando ese hecho, obtengo un resultado ligeramente diferente al tuyo, con un signo menos en la transformación, como lo propone el problema.