Einfache QFT-Simulation - wie es geht

Ich möchte eine einfache QFT-Simulation für ein freies Skalarfeld mit einem kubischen Wechselwirkungsterm schreiben. Allerdings bin ich etwas hängen geblieben. Ich werde versuchen zu beschreiben, was ich zu verstehen glaube.

Ich möchte mir ein Feld mit Lagrange-Dichte ansehen

L = 1 2 ϕ ˙ 2 1 2 ϕ ' 2 K ϕ 3 .

Dann wäre für ein klassisches Feld die Bewegungsgleichung (aus der Euler-Lagrange-Gleichung).

ϕ ¨ ϕ = 3 K ϕ 2 .

Allerdings würde ich gerne mit einem Quantenfeld arbeiten. Unter Verwendung des Standardverfahrens der zweiten Quantisierung sollte ich den Hamilton-Operator konstruieren

H = D X [ 1 2 Π 2 + 1 2 ϕ ' 2 + K ϕ 3 ]

Wo Π = L / ϕ ˙ .

Jetzt sollte ich eine Verwandlung vornehmen Π ( X , T ) Π ^ ( X , T ) Und ϕ ( X , T ) ϕ ^ ( X , T ) . So weit, ist es gut. Kommutierungsbeziehung definieren [ ϕ ^ ( X , T ) , Π ^ ( X ' , T ' ) ] = ich δ ( X X ' , T T ' ) , ich sollte irgendwie Kontakt mit den Leiteroperatoren aufnehmen A Und A . Allerdings sehe ich nicht wirklich wie. Für ein freies Feld finde ich die freien klassischen wellenartigen Lösungen und fördere dann die Gewichte verschiedener Moden zu Operatoren. Für ein Feld mit Interaktion weiß ich nicht wirklich, was ich tun soll. Das ist mein erstes Problem.

Zweitens kann ich, sobald ich Kontakt zu Leiteroperatoren aufnehme, jeden Zustand des Systems als eine Verkettung von Leiteroperatoren im Vakuumzustand ausdrücken | 0 wie zum Beispiel A P 2 A P 1 | 0 . Ein allgemeiner Zustand soll dann als Überlagerung aller möglichen Zustände aller Teilchenzahlen beschrieben werden

| ψ = ( λ 0 + P 1 λ 1 ( P 1 ) A ( P 1 ) + P 1 , P 2 λ 2 ( P 1 , P 2 ) A ( P 2 ) A ( P 1 ) + [ höheres Teilchen Zahl Staaten ] ) | 0 .

Ein solcher Zustand hat Parameterfunktionen λ 0 , λ 1 ( P 1 ) , λ 2 ( P 1 , P 2 ) usw., die Amplituden verschiedener bestimmter Teilchenzahlzustände mit unterschiedlichen Impulsen angeben.

Jetzt bin ich verwirrt, ob die Entwicklung des Systems vollständig in der enthalten sein sollte λ s als Funktionen der Zeit, oder ob sich die Leiteroperatoren mit der Zeit entwickeln sollten. Wie kann ich auf jeden Fall die Bewegungsgleichung des QFT-Systems erhalten? Das ist mein zweites Problem.

Ich wäre dankbar, wenn mir jemand dabei helfen könnte. Insbesondere ist es mein Ziel, die Funktionen zu sehen λ sich mit der Zeit auf einem Computer entwickeln.

Vielen Dank.

SSF

Deine ersten Vertauschungsrelationen sind falsch. Sie sollten zur gleichen Zeit sein, dh [ ϕ ^ ( T , X ) , Π ^ ( T , X ' ) ] = ich δ ( X X ' ) .
Ich bekomme die ich bisschen - das war ein Fehler. Aber warum sollte ich sie gleichzeitig offenkundig schreiben? Immerhin die Objekte ϕ Und Π in der klassischen Feldtheorie waren Funktionen von Raum und Zeit.
Bei der kanonischen Quantisierung quantisiert man die Theorie auf eine beliebige Zeitscheibe T . Man definiert dann Felder und ihre konjugierten Impulse auf dieser Zeitscheibe und erlegt dieser Zeitscheibe schließlich "gleichzeitige Kommutierungsbeziehungen" auf. Alles wird auf einer einzigen Zeitscheibe erledigt. Um zwischen Slices zu wechseln, können Sie dann den Zeitentwicklungsoperator verwenden.
Tatsächlich besteht eines der Probleme, die Menschen mit der Hamiltonschen Formulierung haben, darin, dass sie die offensichtliche Lorentz-Invarianz bricht, indem sie wie oben beschrieben eine spezielle Zeit auswählt.
Beachten Sie, dass das System, das Sie simulieren, instabil ist. Es hat kein Vakuum. Sie werden ein Durcheinander bekommen, wenn Sie versuchen, es auf einem Computer zu simulieren. Versuchen Sie stattdessen, mit dem einfachen harmonischen Oszillator zu beginnen, der als 1d-QFT betrachtet wird.
Also vorausgesetzt, ich möchte mich zwischen Zeitscheiben bewegen, ist der Evolutionsoperator eben exp ( ich H ^ T ) , wobei ich den Hamilton-Operator mit ausdrücke A Und A ?
Abgesehen von der Vakuumproblematik eine andere Perspektive: Warum darauf bestehen, das Simulationsquantum zu haben? Den größten Teil des Feldverhaltens erhalten Sie bereits in der klassischen Feldtheorie (dh in beliebigen Feynman-Diagrammen auf Baumebene).

Antworten (1)

Nun, ich denke, dass Sie zuallererst verstehen sollten, dass der Grund, warum Sie ein freies Feld in einfache Wellen zerlegen können, darin besteht, dass Bewegungsgleichungen linear sind. Im Falle einer Wechselwirkung sind Gleichungen Bewegungen nichtlinear, sodass jede lineare Kombination ihrer Lösungen keine Lösung mehr ist.

Zweitens zu Ihrer zweiten Frage: Es kommt auf die Repräsentation an: Bei Heisenbergs Repräsentation beziehen Operatoren Zeit mit ein, bei Schrödinger - sie entwickeln sich nicht, aber der Zustand entwickelt sich. In der QFT ist es im Falle einer Wechselwirkung ungleich Null am brauchbarsten, in Diracs Darstellung zu arbeiten.

Die Kommutierungsbeziehung, die Sie geschrieben haben (Vorsicht - sie sollte zu gleichen Zeiten genommen werden, ohne Delta-Funktion, wie Sie sie geschrieben haben), gilt für gleiche Zeiten in Heisenbergs Darstellung und für beliebige Zeiten in Schrödingers Darstellung.

Aber sag mir, ich verstehe nicht - was meinst du mit "Simulation"? Was willst du bekommen?

Danke. Ich möchte ein Programm schreiben, das das System zeitlich weiterentwickelt und mir zeigt, wie es sich verhält (dh wie hoch die Wahrscheinlichkeiten unterschiedlicher Teilchenzahlen sind usw.).
Um Wahrscheinlichkeiten zu finden, sollten Sie mit den Funktionen von Green arbeiten. Im Falle eines freien Feldes ist eine solche Wahrscheinlichkeit nur ein Feynman-Propagator. Aber wenn Sie eine Wechselwirkung haben, werden diese Propagatoren modifiziert und diese Modifikationen können mit der Störungstheorie erhalten werden. Ich denke also, dass Sie solche Simulationen nur innerhalb einer bestimmten Störungsreihenfolge durchführen können.
Ich verstehe. Ich dachte, dass es einen allgemeinen Weg geben könnte - ohne dass eine Störungsreihenlösung erforderlich ist. Auf die gleiche Weise kann ich im normalen QM einfach verwenden e ich H ^ T 1 ich H ^ T und das System Schritt für Schritt weiterentwickeln, auch ohne die eigentliche Lösung zu kennen H ^ .
Werfen Sie einen Blick auf die Gitter-QCD und die Gitter-Eichtheorie, es scheint, als ob dies die beliebte Art ist, auf nicht störungsfreie Weise zu simulieren. Dort scheint es, dass Sie nichts wirklich "zeitschritten", sondern 4D-Konfigurationen stochastisch erzeugen, sie gewichten und ihre Amplituden addieren. Wäre cool, wenn es einen anderen (nachvollziehbaren) Weg gäbe, dies numerisch zu tun.