Wie messen wir i[ϕ^(x),ϕ^(y)]i[ϕ^(x),ϕ^(y)]i[\hat\phi(x),\hat\phi(y)] im QFT?

Welches Betriebsverfahren ist zum Messen erforderlich ich [ ϕ ^ ( X ) , ϕ ^ ( j ) ] in einer interagierenden (oder nicht interagierenden) QFT? [Verschmierung durch Testfunktionen annehmen, oder Antwort im Fourier-Raum geben, z ich [ ϕ ^ ~ ( k ) , ϕ ^ ~ ( k ' ) ] , nach Ihrem Geschmack; geben elektromagnetische Feldindizes an ϕ ^ ( X ) und übertrage die Frage auf QED, ob der Skalarfeld-Fall in einer wesentlichen Weise unwirklich erscheint].

In einer nicht interagierenden QFT, ich [ ϕ ^ ( X ) , ϕ ^ ( j ) ] ist eine c-Zahl, aber in einer interagierenden QFT kann sie vermutlich eine Observable sein, die unabhängig von ist ϕ ^ ( X ) Und ϕ ^ ( j ) . Wie messen wir es aber? Wenn wir es nicht messen können, wird es dann effektiv durch Konvention gewählt?

Eine Antwort, die den (operativen) Unterschied zwischen beschreibt A = ϕ ^ ( X 1 ) . . . ϕ ^ ( X ich ) ϕ ^ ( X ich + 1 ) . . . ϕ ^ ( X N ) Und B = ϕ ^ ( X 1 ) . . . ϕ ^ ( X ich + 1 ) ϕ ^ ( X ich ) . . . ϕ ^ ( X N ) könnte genauso gut sein (obwohl A A Und B B ).

Wie immer wäre ein Hinweis gut.

BEARBEITEN: Nach der Antwort von Luboš und insbesondere seinen Kommentaren, für die nochmals danke, ich [ ϕ ^ ( X ) , ϕ ^ ( j ) ] Null ist, wenn X j ist raumartig, sowohl in nicht wechselwirkenden als auch in wechselwirkenden Quantenfeldern. Wenn ein Quantenfeld ϕ ^ ( X ) ist die Grundlage für eine empirisch adäquate Quantentheorie, Messoperatoren bei zeitähnlicher Trennung von einer gegebenen raumähnlichen Hyperebene zur Zeit T kann im Prinzip als nichttriviale Funktion des Feldes und des Feldimpulses zur Zeit ausgedrückt werden T , ϕ ^ ( j ) = [ ϕ ^ ( T , X ' ) F T ( X ' ) + π ^ ( T , X ' ) G T ( X ' ) ] D 3 X ' , für zwei Funktionen F T Und G T , die für eine gegebene Theorie durch die Lagrangefunktion bestimmt werden. Angesichts vieler impliziter Annahmen wird der Kommutator gemessen ich [ ϕ ^ ( T , X ) , ϕ ^ ( j ) ] = G T ( X ) (Weil [ ϕ ^ ( T , X ) , π ^ ( T , j ) ] = ich δ 3 ( X j ) ) entspricht dem Messen G T ( X ) . Wenn wir auch messen ich [ π ^ ( T , X ) , ϕ ^ ( j ) ] , können wir die Lagrange-Funktion bestimmen (oder zumindest signifikant einschränken). Wenn wir die Lagrange-Funktion nicht kennen , scheint es daher wünschenswert, eine operative Messmethode zu haben ich [ ϕ ^ ( X ) , ϕ ^ ( j ) ] um den Lagrange-Operator zu messen (anstelle des üblichen Ansatzes, den Lagrange-Operator zu erraten und zu sehen, wie nah die daraus resultierenden Vorhersagen an den Messungen liegen; die Zufälligkeit dieses Prozesses ist so etwas wie eine Krise in HEP). Ich würde Kommentare dazu oder eine Antwort begrüßen, die diese EDIT berücksichtigt. Alternativ wäre ein operativer Ansatz zur Messung der Lagrange-Funktion implizit im Prinzip eine Messung von ich [ ϕ ^ ( X ) , ϕ ^ ( j ) ] ; gibt es so etwas?

tolle frage -

Antworten (1)

Ich glaube nicht, dass es einen nicht trivialen Hinweis auf das hypothetische Verfahren geben wird, da das Missverständnis in der Fragestellung verborgen zu sein scheint.

In einer Quantenfeldtheorie [ ϕ ( X ) , ϕ ( j ) ] = 0 für raumhaft getrennt X , j , aufgrund der Lorentz-Invarianz. Diese Identität ist eine Operatoridentität. Sie fragen sich also wirklich, wie das operative Verfahren ist, um den Wert eines Operators zu messen, der gleich Null ist. Der richtige Weg, es zu messen, besteht darin, mutig genug zu sein, nichts zu tun und zu sagen, dass das Ergebnis Null ist, weil es der einzige Eigenwert dieses Operators ist.

Wenn X , j zeitartig (oder lichtartig, was ein Randfall ist) getrennt sind, ist der Kommutator ungleich Null. Aber es ist wirklich sinnlos, von der Messung unterschiedlich geordneter Operatoren zu unterschiedlichen Zeiten zu sprechen. Die Messung in der Quantenmechanik soll eine Messung eines bestimmten Operators zu einem festen Zeitpunkt sein, und wenn wir eine Folge von Messungen betrachten, korreliert die Reihenfolge von links nach rechts mit ihrer zeitlichen Reihenfolge, da die Messungen von Operatoren zunehmen T wirken nacheinander auf Ket-Vektoren. Deshalb sind zum Beispiel die S Matrix kann als zeitlich geordnetes Exponential des integrierten Hamilton-Operators geschrieben werden.

Physikalisch gesehen macht es nur Sinn, Operatoren an Punkten in der Vergangenheit auf der rechten Seite eines Produkts und Operatoren aus der Zukunft auf der linken Seite zu platzieren, vorausgesetzt, wir evaluieren einen Evolutionsoperator, der bereit ist, auf Ket-Vektoren einzuwirken (für BH-Vektoren ist es umgekehrt, wie es eine einfache hermitische Konjugation zeigt). Algebraisch sind auch die entgegengesetzt geordneten Produkte sinnvoll, sie entsprechen aber keinem Verfahren.

Eine Ausnahme wäre zu sagen: Wollte man eigentlich nicht den Eigenwert des Kommutators messen, sondern nur den Erwartungswert des Kommutators der Elementarkörper, eine Form eines Propagators, dann ist der „retardierte Kommutator“ (retardiert bedeutet „mit die Theta-Funktion, die eine richtige Zeitordnung auferlegt") kann als Antwortfunktion gemessen werden. Man stört den Operator zum Anfangszeitpunkt und misst, wie stark er den Wert des Operators zum letzten Slice ändert. Es wird nur die Änderung des Erwartungswertes ausgewertet und man erhält so den Erwartungswert des Spätkommutators.

Wenn X , j durch Leerzeichen getrennt wären, aber der Kommutator ungleich Null wäre, z. B. weil die Lorentz-Symmetrie gebrochen wäre, wäre der Kommutator immer noch gleich einem bestimmten Operator, der als Funktion einiger "grundlegender" Operatoren ausgedrückt werden kann. Alle hermiteschen Operatoren in einer quantenmechanischen Theorie sind legitime Observablen, die gemessen werden können. Wenn Sie möchten, dass ich ein bestimmtes Gerät und Verfahren beschreibe, um den Wert des Bedieners zu messen, was das Gerät tun muss und so weiter, müssen Sie mir genau sagen, welche Theorie Sie in Betracht ziehen, da Geräte zum Messen von etwas von der tatsächlichen Theorie abhängen (dh sein Hamiltonian).

Diese zusätzlichen Daten, die Sie hinzufügen müssten, würden natürlich eine hypothetische Situation beschreiben, da in unserer Welt der Kommutator von raumartig getrennten Operatoren verschwindet. Eine Theorie, in der es nicht verschwinden würde, wäre eine nicht-lokale, also würde sich die von dieser anderen hypothetischen Theorie beschriebene Intuition im Universum von der richtigen Intuition in unserem Universum unterscheiden, insbesondere wenn es um Dinge wie die Beschreibung von Positionen von Objekten geht ( was ohnehin kein besonders nützliches Konzept ist, wenn die Theorie nichtlokal ist).

Sie haben gefragt, wie man den Wert eines bestimmten Operators messen kann 0 was trivial war. Aber vielleicht wollten Sie eine andere Frage stellen: Wie beweisen wir empirisch, dass der Kommutator Null ist, dh wie beweisen wir diese spezielle Folge der Lokalität. Nun, wir konnten beweisen, dass der Kommutator genau wie bei den Operatoren von Null verschieden ist X , P die in der Unschärferelation auftauchen: Die Messung des einen stört unweigerlich den anderen. Wenn die Messung von ϕ ( X ) die Streuung der Messergebnisse gestört ϕ ( j ) , wäre der Kommutator ungleich Null.

Es ist jedoch subtil, den tatsächlichen Wert des Operators gleich dem Kommutator zu messen. Im Allgemeinen der Betreiber [ ϕ ( X ) , ϕ ( j ) ] pendelt weder mit ϕ ( X ) auch nicht mit ϕ ( j ) . Der Fall von X P P X = ich ist etwas Besonderes, weil der Kommutator a ist C -Nummer. Denn der Kommutator ist ein völlig unabhängiger Operator aus ϕ ( X ) Und ϕ ( j ) , dessen Messverfahren natürlich völlig unabhängig von der Messung von ist ϕ ( X ) Und ϕ ( j ) . Insbesondere, wenn wir messen wollen ich ( X P P X ) , der richtige Weg ist mal wieder nichts zu tun, denn der richtige Wert ist immer .

Das ist ein weiteres wichtiges Missverständnis, das implizit in Ihrer Frage enthalten ist. Sie scheinen zu glauben, dass die Messung des Kommutators oder Produkts mehrerer Operatoren durch Messungen der einzelnen Faktoren im Kommutator oder Produkt erhalten werden kann. Aber das stimmt überhaupt nicht. Nehmen Sie ein einfaches Beispiel für ich [ J X , J j ] / . Wie messen Sie den Wert dieses Operators gleich dem Kommutator? Messung J X Und J j wird nicht nützlich sein, weil der Kommutator eigentlich gleich ist J z , die dritte und völlig unabhängige Komponente! Die dem Kommutator entsprechende klassische Observable ist keine Funktion der im Kommutator auftretenden Observablen! Im Allgemeinen handelt es sich um einen völlig anderen Operator, der nur mit einem völlig anderen Verfahren gemessen werden kann.

Es gibt noch eine Sache, die Sie vielleicht ansprechen möchten: die Situation, in der X , j sind gleich oder sehr nahe beieinander, so dass ein Term ungleich Null aus dem deltafunktionsähnlichen Kommutator entstehen kann (oder vielleicht aus einigen Quantenschleifenkorrekturen oder Renormalisierungen, wie in der effektiven Aktion usw. zu sehen ist). Das Verknüpfen von Feldern mit tatsächlichen Apparaten ist immer subtil, weil die Identität der Felder in einer Feldtheorie (oder irgendeiner Theorie) nur für Feldneudefinitionen (die nichtlokal sein können) aufgegeben wird, und so weiter. Ohne eine bestimmte Konvention darüber zu haben, was Sie mit den Feldern meinen, was auch bedeutet, dass Sie genau berechnen können, was der Kommutator ist, ist es sinnlos, solche subtilen Fragen zu stellen. Wenn Sie darüber sprechen ϕ ( X ) , müssen Sie ein bestimmtes Schema von Konventionen usw. verwenden, damit Sie nicht mehr über operativ machbare Dinge sprechen. Wenn Sie eine operative Antwort wollen, müssen Sie die Frage auch operativ formulieren.

Jedenfalls auch in diesem Fall eines Kommutators ungleich Null aus der Nähe X , j , die Hauptpunkte des obigen Textes gelten immer noch. Die Messung des Kommutators ist völlig unabhängig von der Messung der Operatoren, deren Kommutator berechnet wird. Und wenn der Kommutator a ist C -Zahl (was z. B. immer der Fall ist, wenn nur nicht-derivative Wechselwirkungen vorliegen), soll das Messverfahren "nichts" tun.

Letzter Kommentar. Es scheint mir auch, dass Sie eine falsche Vorstellung vom tatsächlichen Wert des Kommutators in häufig interagierenden QFTs haben. Im Standardmodell sind alle renormierbaren Wechselwirkungsterme nicht-abgeleitet – sie sind Polynome der Felder, hängen aber nicht von den Feldableitungen ab. Wenn Sie also die kanonischen Impulse als Ableitung der Lagrangefunktion in Bezug auf die Zeitableitungen der Felder berechnen, werden die Wechselwirkungsterme überhaupt nichts beitragen (weil es keine Zeitableitungen in der Wechselwirkungs-Lagrangefunktion gibt)! Die zeitgleichen Kommutatoren im Standardmodell sind also genau die gleichen wie in der wechselwirkungsfreien Grenze des Standardmodells.

Die zeitlich getrennten (ungleichzeitigen) Kommutatoren sind natürlich von den Wechselwirkungen betroffen, aber die zeitlich nicht richtig geordneten Produkte entsprechen keinem Betriebsablauf.

Das ist das erste Mal, dass ich mit voller Wucht gegen Luboš antrete, glaube ich. Ich verstehe nicht, wie es sein kann, dass "es wirklich sinnlos ist, von der Messung unterschiedlich geordneter Operatoren zu unterschiedlichen Zeiten zu sprechen", da es sich bei HEP um zeitlich veränderliche Signale handelt, die dann verschiedenen Signalanalysealgorithmen unterzogen werden (wenn auch Ad-hoc -Wege werden verwendet, um Ereigniszeiten aus zeitlich veränderlichen CCD-Strömen usw. zu extrahieren). "Messung in der Quantenmechanik soll eine Messung eines bestimmten Operators zu einem festen Zeitpunkt sein": QM kann also keine Messungen zu unterschiedlichen Zeiten modellieren?
Lieber Peter, "Also kann QM Messungen zu unterschiedlichen Zeiten nicht modellieren?" Es kann. Man kann Operatoren zu beliebigen Zeiten messen, aber nur chronologisch. Man misst zuerst den Operator zu einem früheren Zeitpunkt und dann misst er einen anderen Operator zu einem späteren Zeitpunkt. Der frühere Operator wirkt als erster auf das Ket, also auf der rechten Seite, und der spätere Operator wirkt später, also auf der linken Seite des Produkts. Es macht keinen Sinn zu fragen, wie Sie die beiden Messungen in umgekehrter Reihenfolge durchführen. Die Reihenfolge der Messungen wird eindeutig durch die Reihenfolge der Argumente bestimmt T ich .
Sie schlagen in Ihrem letzten Absatz vor, dass ich "glaube, dass die Messung des Kommutators oder Produkts mehrerer Operatoren durch Messungen der einzelnen Faktoren im Kommutator oder Produkt erhalten werden kann". Ich nehme an, dass mein "in einer interagierenden QFT [der Kommutator] vermutlich eine beobachtbare Unabhängige von sein kann ϕ ^ ( X ) Und ϕ ^ ( j ) “ um es anders zu sagen.
Das Hauptproblem bei Ihrer Frage besteht jedenfalls darin, dass Sie anzunehmen scheinen, dass die Messung eines Produkts von Operatoren oder eines Kommutators von Operatoren auf die Messung der einzelnen Operatoren und eine gewisse Manipulation der Ergebnisse reduziert werden kann. Dies ist aber nicht der Fall, da die den Kommutatoren gleichen Operatoren keine Funktionen der ursprünglichen Operatoren im klassischen Sinne sind. Um den Kommutator zu messen, muss man eine ganz andere Messung durchführen, die normalerweise nichts mit den Messungen der im Kommutator auftretenden Observablen zu tun hat.
Abgesehen davon, dass die Zeitordnung die Algebra der Operatoren zu einer kommutativen Algebra macht (und nicht zu einer C -Algebra, es sei denn, wir führen auch die Anti-Zeit-Ordnung ein).
Lieber Peter, bezüglich Deines "Ich nehme an, ich nehme an, ich sage etwas anderes" ist es auch falsch. Ich habe der Antwort auch eine Erklärung dazu hinzugefügt. Die zeitgleichen Kommutatoren in QFTs wie dem Standardmodell sind von den Wechselwirkungen völlig unbeeinflusst. Die Wechselwirkungsterme addieren Null zu den zeitgleichen Kommutatoren, da die renormierbaren Wechselwirkungen im Standardmodell nicht-ableitende Terme sind, die daher die Formeln für die kanonischen Impulse überhaupt nicht ändern. Sie irren sich also, dass die Wechselwirkungen etwas ändern.
"Um den Kommutator zu messen, muss man eine ganz andere Messung durchführen, die normalerweise nichts mit den Messungen der im Kommutator auftretenden Observablen zu tun hat." Rechts! Ja! Und das ist meine Frage! Was ist diese Messung, die weder das Feld noch seinen Impuls betrifft?
Lieber Peter, ich glaube, ich habe deine Frage schon dreimal beantwortet. Die Kommutatoren zweier Operatoren sind immer einige Funktionale der "Grundoperatoren" wie die Felder und ihre Geschwindigkeiten (oder kanonischen Impulse); es gibt nichts "Drittes", auf das sie sich verlassen können. Und tatsächlich sind die zeitgleichen Kommutatoren zwischen allen Operatoren in SM-ähnlichen QFTs völlig identisch mit den Kommutatoren, die Sie in den freien Theorien erhalten, wo Sie einfach den Interaktions-Hamilton-Operator fallen lassen. Bei dieser Bewertung gibt es nichts Untriviales, das wartet.
Entschuldigung, wenn ich falsch liege, aber Sie verstehen möglicherweise falsch, wie die Kommutatoren im Prozess der Quantisierung bestimmt werden. Für Lagrangianer, die höchstens von ersten Ableitungen abhängen, schreibt man einige Koordinaten - die einen Konfigurationsraum aufspannen - und ihre Geschwindigkeit. Sie spezifizieren die Anfangsbedingungen vollständig. Die kanonischen Impulse sind L / ( T X ich ) . Der [ X , X ] Und [ P , P ] Kommutatoren verschwinden dabei [ X ich , P J ] = ich δ ich J . Diese Regeln gelten sogar für interagierende QFTs.
Hätte man eine QFT ohne expliziten Lagrange-Operator, wie zB die minimalen CFTs des 2-dimensionalen Modells, dann könnte man die Kommutatoren mit keiner Methode auf Basis des klassischen Limes auswerten. Aber es gäbe immer noch Quantenoperatorformeln, die die Kommutatoren von Operatoren in Bezug auf einige andere Operatoren aus der vollen Basis möglicher lokaler Felder bestimmen. Diese würden in den OPEs codiert werden.
"Abgesehen davon, dass die Zeitordnung die Algebra der Operatoren zu einer kommutativen Algebra macht (und nicht zu einer C⋆-Algebra, es sei denn, wir führen auch die Anti-Zeitordnung ein)." - Ein Kommutator mit Zeitordnung im Inneren ist wirklich bedeutungslos; Ich verteidige nichts dergleichen. Ich sage nur, dass es einen Prozess gibt, der etwas damit zu tun hat X ( M Ö N D A j ) und mit Y ( T u e S D A j ) , Dann X wird mit einem Tag im Voraus manipuliert Y , und wenn die Manipulationen als Messungen oder Operationen ausgedrückt werden, die mit einem Ket-Vektor durchgeführt werden, X wird zwangsläufig auf der rechten Seite ab Y .
Der Kommutator von X ( M Ö N D A j ) Und Y ( T u e S D A j ) ist ungleich Null - Sie brauchen nicht wirklich eine Quantenfeldtheorie, um diese Dinge zu diskutieren, jede QM-Theorie mit Zeit reicht aus - aber sie entspricht keiner Operation, die mit einfachen Feldern durchgeführt wird, die sich auf Montags- und Dienstagsscheiben befinden. Außerdem, wenn Sie über Operatoren sprechen X ( T ) für alle T , sie sind nicht wirklich unabhängig voneinander. Nach den dynamischen Heisenberg-Gleichungen sind Operatoren zu einem bestimmten Zeitpunkt Funktionale von Operatoren zu einem anderen Zeitpunkt. Es gibt viele Möglichkeiten, sie durch Verfahren zu verschiedenen Zeiten zu messen, die man wählen kann.
"Messung in der Quantenmechanik soll eine Messung eines bestimmten Operators zu einem festen Zeitpunkt sein" Gibt es praktisch eine andere Messung als eine Ja / Nein-Beobachtung, die kein Zeitmittel ist?
"Operatoren zu einem bestimmten Zeitpunkt sind Funktionen von Operatoren zu einem anderen Zeitpunkt" - richtig, das ist eine Antwort, wenn auch verschlüsselt, die ein grundlegender Aspekt der Strukturierung von QM im Sinne des klassischen nichtrelativistischen Konzepts eines Phasenraums ist. Es hinterlässt einige Fragen, die sehr heikel erscheinen, aber danke Luboš. +1 für die Kommentare.
@ Nick, ich denke, Ihr Kommentar ist ein Propos . Sogar Ja/Nein-Antworten sind das Ergebnis einer (manchmal aufwendigen) Signalkonditionierung, oft als Softwaretrigger, aber genauso oft in Hardware. Es ist oft kritisch, dass Ja/Nein-Antworten zusammen mit dem Zeitpunkt gemeldet werden, zu dem das Gerätesignal von Nein auf Ja gegangen ist, damit bestimmt werden kann, ob raumartig getrennte Gerätezustandsübergänge zeitlich zusammenfallen. Natürlich ließe sich noch viel mehr sagen.