0%

标量场理论

标量场是指场变量与参考系无关的场。在参考系变换下

其中$\Lambda$是恰当正时Lorentz变换。假设$a=0$,则

对于无穷小变换$\Lambda^\mu_{\ \ \nu}=\delta^\mu_{\ \ \nu}+\theta^\mu_{\ \ \nu}$,其逆变换为$(\Lambda^{-1})^\mu_{\ \ \nu}=\delta^\mu_{\ \ \nu}-\theta^\mu_{\ \ \nu}$

接下来会多次用到$\theta$的反对称性,证明思路如下:
根据间隔不变性有

因此$g_{\mu\nu}\Lambda^\mu_{\ \ \alpha}\Lambda^\nu_{\ \ \beta}=g_{\alpha\beta}$,将无穷小变换代入并略去$\theta$的高阶项得

对其进行进一步变换(第三个等号用到$\theta$反对称)

定义线性变换

$\color{red}{\mathbf{注意}}$ 这个线性变换不是做在态矢量的Hilbert空间上,而是做在场算符组成的空间上
结论为:

容易看出,$\mathscr L^{12}$对应$z$方向角动量,同理可得其他六项的意义。
所以$\phi$与自旋无关,即对应无自旋粒子。

正则量子化

Klein-Gordon方程为

或写作

我们假设场算符满足(反)对易关系,即

其中$\sigma=\pm1$。为了确定具体是正是负,我们考虑

因此$\sigma$的正负性与$C(x)$的奇偶性相关。取$y=0$,将$(-\partial^2+\omega_0^2)$作用在(1.2)式上得

为了求解$C(x)$,做变换

因此(1.4)化为

这说明除了$k^2+\omega_0^2=0$的地方以外,$\tilde C(k)\equiv0$。
根据Lorentz不变性

因此$\tilde C(k)$在$k_0=\sqrt{\vec k^2+\omega_0^2}\equiv\omega_{\vec k}$上取值均相等,在$k_0=-\omega_{\vec k}$上取值也均相等。

之所以选择$\delta(k^2+\omega_0^2)$而非$\delta(k^0\pm\omega_{\vec k})$是为了满足Lorentz不变性的要求。而两者之间有联系

将(1.8)(1.9)代入(1.5)变换回坐标表象得

取类空坐标$C(t=0,\vec x)=0$,即得到$c_++c_-=0$,于是

因此

第二个等号取了$\vec k\rightarrow-\vec k$。根据(1.3)可知$\sigma=1$,即场算符对易关系为

未完待续