¿QED realmente se descompone en el polo de Landau?

En QED, la constante de estructura fina α corre hacia arriba en el UV, con un cálculo de bucle (que involucra una serie geométrica del diagrama de polarización de vacío) que indica una divergencia en α a 10 286 eV . A menudo se afirma (ver, por ejemplo, Schwartz, QFT y el modelo estándar, sección 21.2) que esto significa que QED es una teoría incompleta a altas energías, o que no es predictiva a estas energías, y que se requiere algo de finalización UV. .

Sin embargo, QCD es otra teoría con un polo de Landau (en el IR esta vez), en 100 MeV . Sin embargo, QCD es una teoría válida hasta energías arbitrariamente bajas; es meramente no perturbativo en este régimen. Tengo entendido que el polo de Landau es un artefacto de extrapolar un cálculo perturbativo de la fuerza de acoplamiento α s en el régimen no perturbativo . De hecho, no hay divergencia en α s , aunque calcularlo explícitamente es imposible (o quizás ni siquiera significativo) con las herramientas y la comprensión actuales.

Por lo tanto, mientras que la teoría de la perturbación falla claramente en QED a muy altas energías, ¿no es posible que QED sea una teoría perfectamente legítima y consistente hasta energías arbitrariamente altas, de la misma manera que QCD lo es a bajas energías? ¿Está realmente allí el poste QED Landau ?

Dicho de otra manera, ¿existe realmente algún vínculo entre "el punto en el que la teoría de la perturbación se derrumba" y "el punto en el que la teoría deja de ser predictiva"? Quizás estos estén vinculados cuando estamos trabajando con un EFT con infinitos términos cuyos coeficientes no están restringidos, pero si postulamos el QED Lagrangiano como fundamental, ¿no es, al menos en principio, predictivo hasta energías arbitrariamente altas?

¿No es una pregunta mal definida? Podría haber múltiples formulaciones no perturbativas no equivalentes de QED que concuerden con QED perturbativo en el IR y se comporten de manera diferente en el UV.

Respuestas (3)

Tiene toda la razón en que no se puede confiar en el cálculo perturbativo del polo de Landau, ya que claramente dejará de ser válido mucho antes de que se alcance el polo putativo. El único método que conocemos que puede dar predicciones precisas para el comportamiento de alta energía de QED es la simulación numérica. De acuerdo con https://arxiv.org/abs/hep-th/9712244 y http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S092056329700875X , los números sugieren que QED es cuánticamente trivial (es decir, mi siempre vuelve a normalizarse a cero para cualquier elección de acoplamiento desnudo), pero no debido a un polo de Landau, que es la explicación habitual. En cambio, la ruptura de la simetría quiral se activa antes de que se alcance el polo de Landau. Por lo tanto, no hay un polo de Landau a altas energías, pero hay una transición de fase diferente que hace que QED se rompa.

Gracias por la respuesta. ¿Tiene algún conocimiento de por qué la presencia de la ruptura de la simetría quiral hace que la teoría cuántica sea trivial? En QCD no lo hace, por supuesto.
@ gj255 No, no tengo miedo.

El polo IR Landau en QCD no hace que la teoría sea inconsistente, pero es un indicio de un problema serio. Es un presagio de confinamiento: Te está diciendo que, en ausencia de un milagro, las interacciones entre quarks y gluones a bajas energías son tan intensas que sus funciones de correlación dejarán de estar bien definidas cuando uno intente separarlos por más de esta escala. Hay operadores compuestos en QCD que tienen sentido por debajo de la escala de confinamiento, pero son necesariamente combinaciones complicadas de quarks y gluones, como bolas de pegamento y hadrones.

El mismo problema ocurre en QED a la inversa. En ausencia de un milagro matemático, las funciones de correlación entre electrones no se definirán si los acerca demasiado. Puede que tenga suerte y descubra que hay análogos de los operadores de hadrones que tienen sentido para energías arbitrariamente altas. Pero esto sería una curiosidad matemática: tendrías una QFT donde los campos elementales emergieran de sus compuestos a bajas energías. Es difícil imaginar que tal teoría pueda ser unitaria.

Cualquier dispositivo que prevenga (¿efecto zeno?) la ruptura del quark-antiquark de cuerda a medida que los quarks se separan mantendrá la escala de energía, supongo.
@KevinKostlan No estoy seguro de entender su pregunta.
Gracias por la respuesta. ¿Está sugiriendo que el hecho de que QCD permanezca bien definido a bajas energías es de alguna manera muy sorprendente?
No creo que sea sorprendente que esté bien definido. Pero no es obvio (para mí, de todos modos) que no sea trivial. ¿Por qué debería haber algo que sobreviva por debajo de la escala de confinamiento? Esa es la parte que es interesante.

Esta pregunta planteada en el título tiene una sola respuesta posible. El polo teórico de Landau no es un problema en el modelo estándar teórico, ni en la física alcanzable experimentalmente, porque a partir de un cierto rango de energía GeV hacia arriba, los efectos de la interacción electrodébil no pueden ignorarse.

Esta respuesta pierde el punto de la pregunta del OP: preguntan si QED es una teoría lógicamente autoconsistente a altas energías, no sobre cómo QCD y la fuerza débil la modifican en el mundo real.
El polo landau todavía existe en la hipercarga U (1) de la teoría electrodébil, incluso después de incorporar QED en lo que a mí respecta. Esto generalmente se interpreta como un presagio de la necesidad de molinos yang unificados más grandes (de ahí la construcción del modelo GUT), entre otras propiedades. La gran unificación establece un límite, lo que evita los efectos físicos del polo landau (siempre que el límite GUT esté debajo del polo). La mayoría estaría de acuerdo cuando digo que el modelo estándar carece de la integridad UV en gran parte debido al polo landau en U (1), por lo que no entiendo cómo cree que esto no afecta al modelo estándar.