Einpassen freier QFTs in die algebraische Formulierung von Haag-Kastler

Wurde die freie Quantenfeldtheorie von Klein-Gordon in das algebraische Gerüst von Haag-Kastler eingepasst? (Eigentlich sagte mir John Baez "Ja", und er sollte es wissen.) Wenn ja, können Sie die grundlegende Strategie beschreiben und/oder Hinweise geben?

Die gleiche Frage für die freie Dirac-Feldtheorie.

Beide Antworten waren hilfreich, aber es wird eine Weile dauern, sie zu verdauen. Es ist interessant zu bemerken, dass das Verfahren nicht beinhaltet, mit der QFT zu beginnen und Algebren aus beschränkten Funktionen von verschmierten Feldern zu erzeugen. Ich kann nicht umhin, mich über diesen Ansatz zu wundern. Aber, hey, "Theoretische Physik" wird sowieso geschlossen.

Antworten (2)

Ja, das sind die Standardbeispiele. Einige Referenzen sind hier zusammengestellt .

Für eine schnelle Übersicht/Übersicht siehe zum Beispiel Folien 11-17 in

  • Edison Montoya, Algebraische Quantenfeldtheorie (2009) ( pdf )

Die Diskussion des freien Skalars auf Minkowski und der gekrümmten Raumzeit findet sich in Abschnitt 3.2 von

  • Romeo Brunetti, Klaus Fredenhagen, Quantenfeldtheorie zu gekrümmten Raumzeiten ( arXiv:0901.2063 )

Eine Diskussion über das Dirac-Feld und seine Deformationen findet sich beispielsweise in

  • C. Dappiaggi, Gandalf Lechner, E. Morfa-Morales, Deformationen von Quantenfeldtheorien zu Raumzeiten mit Killing-Vektorfeldern , Commun.Math.Phys.305:99-130, (2011), ( arXiv:1006.3548 )

Es gibt noch viele mehr, jagen Sie einfach Referenzen hinterher. Wenn überhaupt ein Beispiel diskutiert wird, dann das freie Skalarfeld. Das motivierte und lehrte einen Großteil der Theorie. Die Kunst besteht darin, über dieses Beispiel hinauszugehen.

Gibt es keine Ausnahme für das masselose Skalarfeld in 2D?
Ausnahme von was? Tatsächlich war die Anwendung von AQFT auf 2d CFT sehr erfolgreich, siehe ncatlab.org/nlab/show/conformal+net für Referenzen. Ich stelle mir das gerne etwas ironisch vor: Viele AQFT-Lehrbücher sind anfänglich motiviert, 4d YM zu verstehen und die Stringtheorie nicht zu mögen, aber dann werden die schwierigsten und wichtigsten Ergebnisse bei der Klassifizierung von 2d CFT erzielt, und die Stringtheorie hat wahrscheinlich mehr profitiert von diesem Aufwand als 4d QFT hat.
Lieber Urs, ich stimme zu, dass die 2D-CFT als Beispiel für die axiomatische Behandlung, die mit strengen Mathematikern in Einklang gebracht werden kann, erfolgreicher war. Und aus soziologischer Sicht ist es ironisch. Aber ich stimme Ihrem impliziten Vorschlag nicht zu, der zumindest zwischen den Zeilen geschrieben steht, dass die AQFT-Denkschule selbst einen wesentlichen Teil der 2D-Erkenntnisse darstellt. Siehe z. B. BPZ (4000 Zitate) www33.atwiki.jp/_pub/sakurazemi/reference/BPZ1984.pdf , ein Papier, das hier wichtig ist. Keine AQFT-Referenzen ...
Arnold, die Ausnahme, an die Sie vielleicht gedacht haben, ist Colemans Beweis, dass es keine Goldstone-Bosonen in 2D gibt, projecteuclid.org/…
Ich mache keine Wissenschaft, indem ich Zitate zähle, aber wenn ich gezwungen bin, hier einen Punkt zu beweisen, indem ich auf die Autorität von Zitaten hinweise, könnte ich auf Longo-Wittens arxiv.org/abs/1004.0616 verweisen, das AQFT verwendet, um Probleme zu untersuchen, die bei Wittens altem geblieben sind "Einige Berechnungen in der hintergrundunabhängigen Open-String-Feldtheorie".
Lieber @Urs, die Anzahl der Zitate ist bei weitem nicht perfekt, aber Sie hätten eine viel bessere Vorstellung – um viele Größenordnungen – über den Wert verschiedener Papiere, wenn Sie sie sorgfältig beobachten würden. Sie wollen doch sicher nicht suggerieren, dass dieses Longo-Witten-Papier in seiner Bedeutung mit Belavin-Polyakov-Zamolodchikov vergleichbar ist, oder? Das LW-Papier ist wirklich Mathematik, nicht Physik. Darüber hinaus sind die Verweise auf AQFT Selbstzitate zu Longo + Rehren, so dass sie sicherlich nicht viele Informationen enthalten, oder?
∫dⁿ⁻¹p (2p⁰)⁻¹ exp(ip⋅x) ist schlecht definiert für d=2, m=0. Es gibt also keine freie masselose 2-d-Skalar-QFT. (Ich vermute, dass Sie "frei" weglassen können. In diesem Fall kann es kein Goldstone-Boson und keinen spontanen Bruch einer kontinuierlichen Symmetrie geben.) Aber das ist tangential.
@GregWeeks: ja, das hatte ich im Sinn.

Wie Urs in seiner Antwort erwähnte, bilden freie Felder wirklich die Leitbeispiele für die verschiedenen axiomatischen Systeme der QFT. Die Konstruktion freier Felder im Minkowski-Raum ist ein Standardbestandteil der Theorie, obwohl es einiges Suchen erfordern kann, um die genaue Referenz zu finden, wo überprüft wird, ob eine solche Konstruktion den gewünschten Satz von Axiomen erfüllt. Insbesondere für das Haag-Kastler-Axiomsystem muss man, sobald die Theorie auf dem gesamten Minkowski-Raum aufgebaut ist, Injektivität und Isomorphie der Algebren zeigen, die in Teilmengen des Minkowski-Raums lokalisiert sind, in Bezug auf geeignete Einschlüsse dieser Teilmengen.

Konstruktionen verschiedener freier bosonischer und fermionischer Felder, einschließlich der speziellen Fälle von Skalar- und Dirac-Feldern, können in diesen klassischen Referenzen in etwas unterschiedlichem Detaillierungsgrad gefunden werden:

  • Baez, JC, Segal, IE, Zhou, Z., Einführung in die algebraische und konstruktive Quantenfeldtheorie (Princeton, 1992)

  • Wald, RM, Quantenfeldtheorie in gekrümmter Raumzeit und Thermodynamik schwarzer Löcher , (Chicago, 1994).

Es gibt zwei Hauptphasen des Baus. Man muss den linearen Lösungsraum als symplektische Mannigfaltigkeit aufbauen (das ist der klassische Phasenraum). Dann muss man die Funktionenalgebra auf diesem Raum in eine nichtkommutative umwandeln C -Algebra von Quantenobservablen (das ist Quantisierung). Da die fraglichen Theorien linear sind, wird dies, sobald die notwendige Funktionsanalyse vorhanden ist, durch eine unendlich dimensionale Version dessen durchgeführt, wie es für einen einfachen harmonischen Oszillator durchgeführt wird. Für Fermionen ist es ziemlich einfach. Für Bosonen muss man den Zwischentrick verwenden, mit der Algebra beschränkter Funktionen zu arbeiten, die durch potenzierte verschmierte Felder erzeugt werden (das ist die Weyl-Algebra). Die tatsächlichen unbegrenzten Operatoren, die verschmierte Felder darstellen, werden konstruiert, indem Ableitungen der Elemente der Weyl-Algebra genommen werden, sobald eine Darstellung gewählt wurde.

Dieselben Schritte tauchen auch in der Arbeit an QFT über gekrümmte Raumzeit auf, wo verschiedene Referenzen die einzelnen Schritte in unterschiedlichem Detaillierungsgrad beschrieben. Um aus den letzteren Konstruktionen so etwas wie die Haag-Kastler-Axiome herauszuholen, muss man sich einfach auf Raumzeiten beschränken, die aus kausal-rautenförmigen Unterräumen des Minkowski-Raums bestehen. Klassische Referenzen für bestimmte Feldtheorien sind:

Der größte technische Knackpunkt in diesen Referenzen ist, wie sie nicht-kompakte Cauchy-Oberflächen behandeln (oder nicht behandeln).

Die moderne Verallgemeinerung der Haag-Kastler-Axiome auf beliebige global hyperbolische Lorentz-Raumzeiten sind die Brunetti-Fredenhagen-Verch-Axiome (oder Locally Covariant Quantum Field Theory). Hier sind ein paar moderne Referenzen, die die Konstruktion freier Felder (unter Zusammenfassung der meisten der oben genannten speziellen Beispiele) in großen mathematischen Details beschreiben, die direkt in diesen Rahmen passen:

  • Bär, C., Ginoux, N. & Pfäffle, F., Wave Equations on Lorentzian Manifolds and Quantization , (EMS, 2007). http://dx.doi.org/10.4171/037 http://arxiv.org/abs/0806.1036
  • Baer, ​​C. & Ginoux, N., Klassische und Quantenfelder auf Lorentzschen Mannigfaltigkeiten (2011) http://arxiv.org/abs/1104.1158

(Hinweis für Kenner: In dieser eingeschränkten Situation ist die Quantisierung zufällig ein Funktor!)

Natürlich lässt sich noch viel mehr Literatur finden, indem man ausgehend von den obigen Referenzen im Zitationsnetzwerk vor und zurück wühlt.

Danke. Zwei Anmerkungen: Der Baez/Segal/Zhou-Text ist in "reslib.com". Und das Lehrbuch von Streater & Wightman präsentiert die nicht-wechselwirkenden Theorien prompt als Beispiele für die Axiome des Textes, während dies in den algebraischen Lehrbüchern von Haag und Araki nicht der Fall ist (basierend auf meiner begrenzten Verarbeitung der letzteren Texte).
Zu Ihrer Verfahrensskizze: Was ist mit der Antikommutivität von Fermionen? Anders ausgedrückt: IIUC, klassische Fermionlösungen existieren nicht. (An alle, die fragen: "Wie integrieren wir dann über fermionische Lösungen in Pfadintegrale?", meine Antwort lautet: "Die Integration ist die formale Integration formaler Polynome in viele formale Variablen".)
Was ist damit? Das Problem der klassischen Fermion-Lösungen ist sehr interessant, wird aber im linearen Fall mit Standardbehandlungen vollständig umgangen. Man verwendet den dualen Raum (dh Testfunktionen) zum Raum der klassischen (reellen oder komplexwertigen) Lösungen, um eine Clifford-Algebra unter Verwendung des CAR zu erstellen. Eine Norm zu dieser Algebra wird verwendet, um sie zu einer C*-Eins zu vervollständigen. Das fermionische Feld selbst kann als Abbildung der Testfunktionen auf die Generatoren der abstrakten Clifford-Algebra angesehen werden.
Wenn ich aus "Remarks and References" in reslib.com/book/… lese, sehe ich, dass Haag, Araki und Freunde keine Algebren verwendet haben, die nach 1964 von nicht beobachtbaren Feldern generiert wurden. Und das hatte ich in meiner Frage im Sinn. Für die freie Dirac-Theorie würde der Vakuumsektor nur Zustände mit einer Leptonenzahl von null enthalten. Ist das bei der von Ihnen skizzierten Konstruktion der Fall?
Die Konstruktion, die ich skizziert habe, ist die algebraische Version derjenigen, die in jedem QFT-Buch verwendet wird. Es verwendet also nicht beobachtbare Felder. Wenn Sie nur zu beobachtbaren Feldern übergehen möchten, müssen Sie sich nur auf die Subalgebra von Körpern mit gerader Fermionenzahl beschränken. Jede Darstellung der größeren Algebra spaltet sich dann, wenn sie auf die gerade Subalgebra beschränkt ist, in Superselektionssektoren auf. Ich glaube, dass die Superselektionsladung hier eher die Parität der Fermionenzahl als nur die Zahl ist. Obwohl ich mich in diesem Detail irren könnte.
Danke! (Und ich habe "Leptonenzahl" verwendet, um Anzahl von Elektronen - Anzahl von Positronen zu bedeuten.)