传播子

✍ dations ◷ 2025-08-25 02:37:19 #量子力学,量子场论,理论物理,数学物理

在量子力学以及量子场论中的传播子(propagator;核子,kernel),是描述粒子在特定时间由一处移动到另一处的几率幅,或是粒子以特定能量及动量移动的几率幅。传播子也是场的运动方程的格林函数。物理学家使用核子计算费恩曼图以及散射过程的概率。

自由粒子(波包)的核子是

K ( x , x ; t ) = 1 2 π + d k e i k ( x x ) e i k 2 t / ( 2 m ) = ( m 2 π i t ) 1 / 2 e m ( x x ) 2 / ( 2 i t )   . {\displaystyle K(x,x';t)={\frac {1}{2\pi }}\int _{-\infty }^{+\infty }dk\,e^{ik(x-x')}e^{-i\hbar k^{2}t/(2m)}=\left({\frac {m}{2\pi i\hbar t}}\right)^{1/2}e^{-m(x-x')^{2}/(2i\hbar t)}~.}

量子谐振子的Mehler核子(英语:Mehler kernel)

K ( x , x ; t ) = ( m ω 2 π i sin ω t ) 1 / 2 exp ( m ω ( ( x 2 + x 2 ) cos ω t 2 x x ) 2 i sin ω t )   . {\displaystyle K(x,x';t)=\left({\frac {m\omega }{2\pi i\hbar \sin \omega t}}\right)^{1/2}\exp \left(-{\frac {m\omega ((x^{2}+x'^{2})\cos \omega t-2xx')}{2i\hbar \sin \omega t}}\right)~.}

通过泛函积分,核子等于

K ( x , x ; t , t ) = D x ( t )   exp ( i t t L ( x , x ˙ ; t )   d t ) {\displaystyle K(x,x';t,t')=\int Dx(t)\ \exp(i\int _{t}^{t'}L(x,{\dot {x}};t)\ dt)}

x ( t ) = x ,   x ( t ) = x {\displaystyle x(t)=x,\ x(t')=x'}

L是拉氏量。

克戈场论(Klein-Gordon)的Feynman传播子

G ~ F ( p ) = 1 p 2 m 2 + i ϵ . {\displaystyle {\tilde {G}}_{F}(p)={\frac {1}{p^{2}-m^{2}+i\epsilon }}.}

据黄教授说,这是

G F ( x , y ) = lim ϵ 0 1 ( 2 π ) 4 d 4 p e i p ( x y ) p 2 m 2 + i ϵ = { 1 4 π δ ( s ) + m 8 π s H 1 ( 1 ) ( m s )  if  s 0 i m 4 π 2 s K 1 ( m s ) if s < 0. {\displaystyle G_{\mathrm {F} }(x,y)=\lim _{\epsilon \to 0}{\frac {1}{(2\pi )^{4}}}\int d^{4}p\,{\frac {e^{-ip(x-y)}}{p^{2}-m^{2}+i\epsilon }}={\begin{cases}-{\dfrac {1}{4\pi }}\delta (s)+{\dfrac {m}{8\pi {\sqrt {s}}}}H_{1}^{(1)}(m{\sqrt {s}})&{\text{ if }}s\geq 0\\-{\dfrac {im}{4\pi ^{2}{\sqrt {-s}}}}K_{1}(m{\sqrt {-s}})&{\text{if}}s<0.\end{cases}}}

H是汉克尔函数,K是贝塞尔函数,δ是狄拉克δ函数, s 2 = x μ x μ {\displaystyle s^{2}=x^{\mu }x_{\mu }}

Feynman传播子使用下面的曲线积分(contour integral,留数定理)

FeynmanPropagatorPath.svg


Feynman传播子也等于下面的真空期望值:

G F ( x y ) = i 0 | T ϕ ( x ) ϕ ( y ) | 0 {\displaystyle G_{F}(x-y)=-i\langle 0|T\phi (x)\phi (y)|0\rangle }

= i 0 | θ ( x 0 y 0 ) ϕ ( x ) ϕ ( y ) + θ ( y 0 x 0 ) ϕ ( y ) ϕ ( x ) | 0 {\displaystyle =-i\langle 0|\theta (x^{0}-y^{0})\phi (x)\phi (y)+\theta (y^{0}-x^{0})\phi (y)\phi (x)|0\rangle }

上面T是路径排序算子, θ {\displaystyle \theta } 是单位阶跃函数。

S ~ F ( p ) = 1 γ μ p μ m + i ϵ = 1 p / m + i ϵ . {\displaystyle {\tilde {S}}_{F}(p)={1 \over \gamma ^{\mu }p_{\mu }-m+i\epsilon }={1 \over p\!\!\!/-m+i\epsilon }.}

S F ( x y ) = d 4 p ( 2 π ) 4 e i p ( x y ) ( γ μ p μ + m ) p 2 m 2 + i ϵ = ( γ μ ( x y ) μ | x y | 5 + m | x y | 3 ) J 1 ( m | x y | ) . {\displaystyle S_{F}(x-y)=\int {{d^{4}p \over (2\pi )^{4}}\,e^{-ip\cdot (x-y)}}\,{(\gamma ^{\mu }p_{\mu }+m) \over p^{2}-m^{2}+i\epsilon }=\left({\gamma ^{\mu }(x-y)_{\mu } \over |x-y|^{5}}+{m \over |x-y|^{3}}\right)J_{1}(m|x-y|).}

传播子也是格林函数

S F ( x y ) = ( i / + m ) G F ( x y ) {\displaystyle S_{F}(x-y)=(i\partial \!\!\!/+m)G_{F}(x-y)}

这描述费米子、电子。

光子传播子是

i g μ ν p 2 + i ϵ . {\displaystyle {-ig^{\mu \nu } \over p^{2}+i\epsilon }.}

g μ ν k μ k ν / m 2 k 2 m 2 + i ϵ + k μ k ν / m 2 k 2 m 2 / λ + i ϵ . {\displaystyle {\frac {g_{\mu \nu }-k_{\mu }k_{\nu }/m^{2}}{k^{2}-m^{2}+i\epsilon }}+{\frac {k_{\mu }k_{\nu }/m^{2}}{k^{2}-m^{2}/\lambda +i\epsilon }}.}

D μ ν ( k ) = i k 2 + i ϵ ( g μ ν ( 1 ξ ) k μ k ν k 2 ) {\displaystyle D_{\mu \nu }(k)={\frac {-i}{k^{2}+i\epsilon }}(g_{\mu \nu }-(1-\xi ){\frac {k_{\mu }k_{\nu }}{k^{2}}})}

也阅读FP鬼子,给予胶子传播子或杨米尔斯传播子:

A μ a ( x ) A ν b ( y ) = D μ ν ( x y ) a b = d 4 k ( 2 π ) 4 i e i k ( x y ) k 2 + i ϵ δ a b ( g μ ν ( 1 ξ ) k μ k ν k 2 ) {\displaystyle \langle A_{\mu }^{a}(x)A_{\nu }^{b}(y)\rangle =D_{\mu \nu }(x-y)^{ab}=\int {\frac {d^{4}k}{(2\pi )^{4}}}{\frac {-ie^{-ik(x-y)}}{k^{2}+i\epsilon }}\delta ^{ab}(g_{\mu \nu }-(1-\xi ){\frac {k_{\mu }k_{\nu }}{k^{2}}})}

选择 ξ {\displaystyle \xi } 需要规范固定。

引力子的传播子是

G a b c d ( k ) = g a c g b d + g b c g a d g a b g c d k 2 {\displaystyle G_{abcd}(k)={\frac {g_{ac}g_{bd}+g_{bc}g_{ad}-g_{ab}g_{cd}}{k^{2}}}}

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