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量子场论对称性

本文在路径积分框架下讨论Dyson-Schwinger方程和Ward-Takahashi恒等式,以及其部分应用。

Dyson-Schwinger方程

一般形式

假设作用量为$S=S[\varphi_1(x),\varphi_2(x),\cdots,\varphi_N(x)]$,做微小平移$\varphi_a(x)\rightarrow\varphi_a(x)+\eta_a(x)$,应当有

其中$a_1,a_2,\cdots a_n$可以重复。由于$\eta$可以任取,选定$\eta_a\neq0$,其他均为零,保留一阶项

这意味着

利用$S=\int\mathrm d^4x\ \mathcal L(\varphi,\partial_\mu\varphi)$可得

所以Dyson-Schwinger方程为(1.1)(1.2)

例子:标量场

因此

当$n=0,1,2$时,(1.1)变为

$n=0,2$时左右都为零,显然成立。$n=1$时,按耦合系数展开,应该有

第一项根据$\Delta(x)=\int\frac{-i\mathrm{id}^4k}{(2\pi)^4}\frac{e^{ikx}}{k^2+m^2-i\epsilon}$即可得到。第二项利用$\Delta(0)\equiv0$的重整化方案可证。第三项由以上分析化为

因此也成立。更高阶的不再验证

例子:QED

因此

Ward-Takahashi 恒等式

一般情况

假设存在某个对称操作$\varphi(x)\rightarrow\varphi(x)+\delta\varphi(x)$,对应Nother流$j^\mu(x)=\delta\varphi_a(x)\frac{\partial\mathcal L}{\partial(\partial_\mu\varphi_a(x))}-K^\mu(x)$

(1.1)左乘$\delta\varphi_a(x)$并求和得

QED中的应用

U(1)对称性下

所以

$n=2$时

即为

第一项绘图为
含有Nother流的图解

做Fourier变换

因此$k+k_y=k_z$,所以

左式为$(k_2-k_1)_\mu\mathbf S(k_2)\mathbf V^\mu(k_2,k_1)\mathbf S(k_1)$,右式为$ie\left[\mathbf S(k_2)-\mathbf S(k_1)\right]$,所以


若$y=z$,则