Sobre la demostración del teorema de Goldstone de Itzykson y Zuber

En el capítulo 11-2-2, I&Z discuten el teorema de Goldstone. Comienzan afirmando que si un operador A existe, tal que

(11-30) d a ( t ) 0 | [ q ( t ) , A ] | 0 0
la simetría se rompe espontáneamente. En la ecuación. (11-31), insertan una relación de completitud como 1 = norte | norte norte | :
(11-31) d a ( t ) = norte d 3 X [ 0 | j 0 ( 0 ) | norte norte | A | 0 mi i PAG X C . C . ] = norte ( 2 π ) 3 d 3 ( PAG ) [ 0 | j 0 ( 0 ) | norte norte | A | 0 mi i mi t C . C . ]
Después de tomar la derivada del tiempo en la Ec. (11-33), que derriba una mi ( pag ) , concluyen que d 3 ( pag ) mi ( pag ) debe ser cero, lo que conduce a estados sin masa.

Sin embargo, si tuviéramos que usar la siguiente relación de completitud,

1 = norte d 3 pag ( 2 π ) 3 2 mi ( pag ) | norte , pag norte , pag , |
entonces la energía en el denominador y la energía proveniente de la derivada temporal de la función exponencial se cancelarían y la conclusión de arriba ya no funcionaría porque no hay mi ( pag ) ¡ya no!


Edición 1: descubrí que el libro de texto QFT de Ryder (p. 292) y el libro de texto QFT de Nair (p. 246) usan la misma relación de integridad 1 = norte | norte norte | , es decir, la prueba sigue las mismas líneas que la de I&Z. Pero, ¿por qué eligen esta relación de completitud?


Edición 2: tal vez la respuesta sea tomar la siguiente relación de integridad (fuera de la cáscara):

1 = norte d 4 pag ( 2 π ) 4 | pag pag |
ya que esto no daría un mi ( pag ) en el denominador...?


Edición 3: otra referencia que usa 1 = norte | norte norte | : enlace arXiv (página 5) y uno que usa 1 = d 3 pag ( 2 π ) 3 | pag pag | : enlace arxiv (página 19).


Edición 4: Encontré una referencia (advertencia, tamaño de archivo PDF grande) que usa la relación de integridad 1 = norte d 3 pag ( 2 π ) 3 | pag pag | en la ec. (3.2) también (¡Gracias a @ChiralAnomaly por señalar esto!).

Respuestas (1)

La relación

(1) 1 = norte d 3 pag ( 2 π ) 3 2 mi ( pag ) | norte , pag norte , pag |
asume
(2) norte , pag | norte , pag 2 mi ( pag ) d norte norte d 3 ( pag pag ) .
En otras palabras, asume que los estados de momento cero sin masa se normalizan a cero. Pero para tener SSB, la cantidad (11-30) = (11-31) se supone que es distinto de cero e independiente del tiempo. Para ser independiente del tiempo, los términos con distinto de cero mi debe cancelarse en (11-31), lo que significa que la constante distinta de cero debe provenir de términos con mi = 0 ... y eso es un problema, porque esos términos no están definidos debido a un problema de cero dividido por cero cuando usamos (1) y (2), por lo que no podemos sacar ninguna conclusión sobre lo que sucede cuando mi = 0 . Este problema no surge cuando usamos
(3) 1 = norte d 3 pag ( 2 π ) 3 | norte , pag norte , pag |
en cambio, porque entonces
(4) norte , pag | norte , pag d norte norte d 3 ( pag pag ) .

Muchas gracias, esto tiene sentido. La mayoría de los libros de texto QFT en los que puedo pensar usan la normalización (2), ya que es muy bien invariante de Lorentz. ¿Usamos la normalización (4) solo para probar el teorema de Goldstone y luego volvemos a la normalización covariante (2)? En otras palabras: cuando trabajemos con modos NG más adelante, ¿usaremos (2) o (4)?
Segunda pregunta: el problema de cero dividido por cero que mencionaste es la energía que proviene de la derivada del tiempo y la energía en el denominador de tu ecuación. (1)?
Muchas gracias por sus respuestas detalladas, esto ayuda mucho! Con respecto a su tercer comentario, esta es la razón por la cual I&Z (y otros) usan un límite de volumen -> infinito cuando hablan sobre el teorema de Goldstone. Y para estar seguros, el hecho de que no se puedan normalizar se debe a la d ( 3 ) ( 0 ) , ¿bien?
@ersbygre1 Sí, eso es correcto.