Ich verstehe mathematisch, dass die Lie-Algrebra der Lorentz-Gruppe (gegeben durch die Gleichungen (33.11)-(33.13) in Srednickis QFT-Buch) ist isomorph zu (gegeben durch Gl. (33.18) - (33.20)) und damit, dass die Lorentz-Gruppe zwei inäquivalente irreduzible Darstellungen mit hat . Aber ich verstehe die Unterscheidung zwischen diesen Darstellungen auf konzeptioneller Ebene nicht – Srednicki beschreibt die Operatoren nur als "nichthermitische Operatoren, deren physikalische Bedeutung unklar ist".
Wie muss ich mir den Unterschied zwischen einem linkshändigen und einem rechtshändigen Spinorfeld vorstellen? Die Frage Erklären der Chiralität für Spin 1/2-Teilchen leistet gute Arbeit, um Helizität von Chiralität zu unterscheiden, aber idealerweise hätte ich gerne eine Erklärung der Chiralität, die sich überhaupt nicht auf Helizität bezieht. (Meiner Erfahrung nach beginnen die meisten Erklärungen der Chiralität damit, so zu tun, als wäre es dasselbe wie Helizität, und stellen dann klar, dass sie sich bei massiven Teilchen tatsächlich unterscheiden, aber nie wirklich Chiralität richtig definieren, außer auf formale mathematische Weise. Ich denke, es ist konzeptionell klarer, nur zu erklären, was Chiralität ist , als zu erklären, was es nicht ist.)
Warum kehrt beispielsweise der Paritätsoperator konzeptionell die Chiralität eines Teilchens um? (Ich weiß, dass dies normalerweise nur als Teil der Definition des Paritätsoperators behandelt wird.) Wenn man ein Teilchen erhalten würde, ohne dass ihm seine Chiralität mitgeteilt würde, wie würde man es überprüfen? Wenn ich zum Beispiel ein einzelnes Weyl-Feld mit einer Lagrange-Funktion betrachten würde, die durch Srednickis Gl. (36.2),
Für massive Spinoren ist "rechtshändige" und "linkshändige" Chiralität nicht so sehr an echte Rotationen gebunden, sondern an die Umwandlung von Lorentz-Transformationen als "Raum-Zeit-Rotationen". In diesem Fall lautet eine sehr beliebte Kurzantwort auf die konzeptionelle Frage, dass Lorentz-Transformationen "rotieren". -spinors eine Richtung in der Raumzeit, und -Spinoren umgekehrt, während die der Paritätstransformation entsprechende Rauminversion einen Spinortyp in den anderen "rotiert".
Aber das richtige Verständnis der Spinor-Chiralität und ihrer Verbindung zur Parität ist eng mit einem anderen Paar sehr bekannter Konzepte verbunden, der Kontravarianz- und Kovarianz-Dualität von 4-Vektoren. Erinnern Sie sich, dass in der Minkowski-Raumzeit ein kovarianter Vektor ist ist das raumumgekehrte seines kontravarianten Gegenstücks , und somit ist die Paritätstransformation die Metrik selbst. Das verwirrendere Problem ist, dass unabhängig von dieser Verbindung jedes Irrep seinen eigenen, unterschiedlichen Satz von kontravarianten und kovarianten Spinoren induziert, wobei die beiden Konstruktionen durch eine komplexe Konjugation verbunden sind, die in einer Quantenumgebung die übliche Rolle der komplexen Konjugation bei der Definition von Bra- ket-Dualität.
Nun zu einigen Details:
Warum die Moniker "rechtshändig" und "linkshändig" :
Sagen Sie eine gegebene Raum-Zeit-Lorentz-Transformation für eine Winkeldrehung um die Achse , , und ein Boost der Schnelligkeit in Richtung , , liest
Betrachten Sie nun das Zeichen der Schnelligkeit in den beiden Transformationen. Es ist genau umgekehrt: wenn in einer Wiederholung die Transformation durch einen Schub gegeben wird , in der anderen Wiederholung wird es durch den inversen Boost gegeben . Also beides Und entsprechen der gleichen Raum-Zeit-Transformation , der Vorzeichenwechsel des Boost-Parameters macht es "als ob" sie entgegengesetzte formale "Rotationen" erzeugen: "rechtshändig" und "linkshändig".
Chiralität und Parität : Auf der anderen Seite der Schalter vom Boost zum Gegenteil ist nur die übliche Beziehung zwischen kontravarianten und kovarianten Transformationen. Tatsächlich für
Die kontravariante zu kovariante Spinortransformation beinhaltet eine komplexe Konjugation und ist gegeben durch
Aber wenn dem so ist, warum gibt es dann nicht auch 2 chirale Irreps für reguläre 4-Vektoren? Ganz einfach, weil 4-Vektoren reell sind und in diesem Fall die kontravariante zu kovariante Abbildung eine lineare Ähnlichkeitstransformation ist. Nach Schurs Lemma sind die Wiederholungen dann äquivalent. Trotz der offensichtlichen Isomorphie mit kontravarianten bzw. kovarianten Darstellungen ist die Und Wiederholungen sind durch eine antilineare, nicht lineare Transformation verbunden und erfüllen formal nicht Schurs Lemma.
Hinweis im Beweis hinzugefügt: Ein weiterer einfacher Weg, um die Verbindung zwischen Chiralität und Kontravarianz/Kovarianz zu zeigen, ohne auf den ausgewachsenen Formalismus einzugehen
Lassen irgendein normalisierter Spinor sein. Es ist immer möglich, es als zu parametrieren
Die erste wichtige Beobachtung ist, dass der Spin-Projektor damit verbunden ist liest
Eine abschließende Anmerkung zur Natur paritätstransformierter Spinoren:
Die Paritätstransformation , üblicherweise als (antisymmetrische) Spinormetrik bezeichnet , nimmt ein Spinner in seine gleichwertig . Explizit beträgt dies
Ich beantworte diese Frage sehr spät, weil ich bemerkt habe, dass viele Chiralitäts-/Helizitätsfragen auf dieser Seite ziemlich schlechte Antworten haben (obwohl die andere Antwort auf diese Frage ausgezeichnet ist!), also soll dies helfen, die Luft zu reinigen.
Wie bei den meisten Problemen im Zusammenhang mit Chiralität und Helizität wird das Problem gelöst, solange man sich daran erinnert, dass Chiralität eine Eigenschaft von Feldern und Helizität eine Eigenschaft von Partikeln ist und Felder Werkzeuge sind, um Partikel zu erzeugen und zu vernichten.
Zum Beispiel ist, wie hier ausführlich dargelegt , ein rechtschirales Weyl-Feld eines, das bestimmte masselose Teilchen mit linker Helizität vernichtet und bestimmte masselose Teilchen mit rechter Helizität erzeugt, die entgegengesetzte Ladungen haben. Dasselbe gilt für links-chirale Weyl-Felder, bei denen links und rechts vertauscht sind.
Wie muss ich mir den Unterschied zwischen einem linkshändigen und einem rechtshändigen Spinorfeld vorstellen?
In Bezug auf klassische Felder ist ein rechtshändiges Feld eines, das ebene Wellenlösungen hat, bei denen die Eigenwerte bei Rotation um die Achse und Translation entlang der Achse das gleiche Vorzeichen haben, während ein linkshändiges Feld das Gegenteil ist.
Aber dieses Bild ist in der Quantenfeldtheorie nicht allzu nützlich. Auf dieser Ebene sind Felder ein Werkzeug zur Buchhaltung der Erzeugung und Vernichtung von Partikeln. Ein linkshändiges und ein rechtshändiges Weyl-Spinorfeld entsprechen genau dem gleichen Teilcheninhalt, es gibt also keinen physikalischen Unterschied. Beispielsweise ist ein linkshändiges Weyl-Feld mit positiver Ladung mit denselben Teilchen verbunden wie ein rechtshändiges Weyl-Feld mit negativer Ladung; der eine schafft, was der andere vernichtet.
Die Frage Erklären der Chiralität für Spin 1/2-Teilchen leistet gute Arbeit, um Helizität von Chiralität zu unterscheiden, aber idealerweise hätte ich gerne eine Erklärung der Chiralität, die sich überhaupt nicht auf Helizität bezieht.
Felder verwandeln sich in Darstellungen der Lorentz-Gruppe. Wenn man dies auf die vollständige Lorentz-Gruppe ausdehnt, die Parität enthält, sind Darstellungen chiral, wenn sie sich unter Parität nicht selbst abbilden.
Warum kehrt beispielsweise der Paritätsoperator konzeptionell die Chiralität eines Teilchens um?
Das tut es nicht, weil Chiralität eine Eigenschaft von Feldern ist, nicht von Teilchen. Auf der Ebene der Felder dreht die Parität die Chiralität im Wesentlichen per Definition um, wenn Sie die Definition verwenden, die ich oben gegeben habe.
Wenn man ein Teilchen bekommen würde, ohne dass ihm seine Chiralität mitgeteilt würde, wie würde man es überprüfen? Wenn ich zum Beispiel ein einzelnes Weyl-Feld mit einer Lagrange-Funktion betrachten würde, die durch Srednickis Gl. (36.2),
Wie könnte ich seine Chiralität experimentell bestimmen?
Auch dies ist eine bedeutungslose Frage, da Chiralität eine Eigenschaft von Feldern ist, die verwendet werden, um eine Teilchentheorie zu organisieren. Angenommen, Sie entdecken bestimmte Teilchen mit rechter Helizität und Teilchen mit linker Helizität mit entgegengesetzten Ladungen, die alle masselos sind. Sie können sie mit einem Lagrange-Operator beschreiben, der ein links-chirales Weyl-Feld enthält, oder mit einem Lagrange-Operator, der ein rechts-chirales Weyl-Feld enthält, oder sogar mit einem Lagrange-Operator, der ein Dirac-Feld enthält, das einer Beschränkung gehorcht.
Es ist so, als würde man sagen, wenn man ein Photon erkennt, kann man sagen, ob das zugehörige Feld es ist oder oder etwas anderes. Die Frage ist nicht wirklich aussagekräftig. Eines oder beide dieser Felder könnten im Prozess der Beschreibung genau derselben physikalischen Beobachtungen des Teilchens erscheinen.
Andreas