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Majorana

我发现自己连Majorana场的量子化都不会了,所以需要整理一下。顺便,新年快乐!

Klein-Gordon场相似,先从运动方程计算(反)对易关系。他俩为

计算(反)对易关系

定义变换到动量空间为

Lorentz变换寻找各点的关系

变换到动量空间,注意到$(\Lambda k)\cdot(\Lambda x)=k\cdot x$

这说明能通过Lorentz变换联系起来的两个点,值并不独立。

根据运动方程寻找非零点

这说明只有$\det(iC^\mu k_\mu+m)=(k^2+m^2)^2\neq0$时才有非零值。因此只有两个独立值$f(\pm m,0,0,0)$

因为此时$k$没有空间分量,所以空间纯转动不会有任何影响,即由(1.2)式得$f_{ab}(k)=L(\Lambda)_{ac}L(\Lambda)_{bd}f_{cd}(k)$。

从运动方程可以推出

对于无限小变换$\Lambda=1+\theta J^{ij},L(\Lambda)=1+\theta S^{ij}$,根据$L(\Lambda)^{-1}C^\mu(\Lambda^{-1})^\nu_\mu L(\Lambda)=C^\nu$保留一阶

解得

利用$(iC^\mu k_\mu+m)f=0$可得每列都应该是$(1,0,0,\mp i)(0,1,\mp i,0)$的线性组合,所以

共轭、反演

因为共轭等于负宗量,所以$A,B\in\R$

所以$B=0,\sigma=-1$。因此

具体表达式,因果律

进而一般地,根据$f_{ab}(\Lambda k)=L(\Lambda)_{ac}L(\Lambda)_{bd}f_{cd}(k)$得

其中$L(1+\theta K^{0i})=1+\frac\theta4[C^0,C^i]$. 若考虑$(k,0,0,0)\stackrel\Lambda\rightarrow(k^0,k^1,0,0)$,则boost为

此时为

由于$\delta$函数的存在,要求$k=\pm m$,即

提出公因子,容易推广到其他boost,最终为

那么变换回坐标空间

类空时$f(x)\equiv0$,所以不妨计算如下式子,第二项把$\vec k\rightarrow -\vec k$

第二项和$\vec x$有关,所以要求$\alpha=\beta$,进而

尚待解决的问题

  1. $\alpha$现在只知道是实数,通过波函数的伸缩可以自由变大变小,但尚未知道其正负性
  2. 从动量空间变换回坐标空间。具体表达式要用到很怪的数理技巧,下节计算等时情形

这两个问题都将在下一节中(部分)解决

等时特例

也就是说

因为场算符(波函数)是厄米的,所以其平方应当非负,即$\alpha>0$。通过伸缩我们可以要求

4-动量

积木

哈密顿量应当满足

我们能用的“积木”为(2)式及其导数

动量

(3.1)告诉我们$[P_k,\phi_a(t,\vec x)]=i\partial_k\phi_a(t,\vec x)$,利用(3.3)得到

哈密顿量

(3.1)告诉我们$-[H,\phi_a(t,\vec x)]=i\partial_0\phi_a(t,x)$,再利用运动方程

利用(3.3)凑出第一项,利用(3.2)凑出第二项

波函数

我们希望将波函数以4-动量的本征态展开

因为$\det(iC^\mu k_\mu+m)=(k^2+m^2)^2$,所以有两个特解$u_+(\vec k),u_-(\vec k)$。考虑到$k^0=\pm\omega_{\vec k}$,对于一个3-动量存在四个特解,剩下两个可以根据下式直接写出为$u_\pm^*(-\vec k)$。

利用厄米性可推出$\phi^*(p)=\phi(-p)$,则波函数可以写为

变换回坐标空间

$u,b$的性质

当$\vec k=\vec 0$时, $k_0=\mp m$,取正半支为$(1-iC^0)u(\vec 0)=0$,我们希望它是角动量$z$分量的本征态,即$\frac i4\left[C^1,C^2\right]$的本征态

诚然,我们可以通过变换$u(\vec k)=L(\Lambda)u(\vec 0)L(\Lambda)^T$

重新审查4-动量