Статус частиц во взаимодействующих КТП

Из моих чтений в QFT и таких ответов, как этот , я прочитал, что концепция частиц и числа частиц во взаимодействующих системах становится нечетко определенной в QFT.

Конечно, в реальном мире ряд экспериментов позволяет мне наблюдать исчисляемое конечное число взаимодействующих частиц, причем это конечное число четко определено на протяжении всего эксперимента. Если я проведу лабораторное измерение, которое позволит мне наблюдать отдельные атомы (например, ради конкретности, АСМ одной молекулы), я взаимодействую с конечным числом частиц через различные поля (в данном случае электромагнитное поле) без количество частиц, которые когда-либо были нечеткими

Итак, когда люди говорят, что число частиц не определено точно для взаимодействующих полей, являются ли их утверждения просто тем, что современный формализм КТП не может восстановить/вычислить конечные взаимодействующие частицы так, как это может сделать классическая механика и «обычная» КМ? Это кажется мало удовлетворительным.

Или они действительно хотят сказать, что наблюдение отдельных атомов, подобное этому, вовсе не является наблюдением счетного множества атомов?

Обратите внимание, что т → ∞ асимптотические состояния не взаимодействуют в формуле приведения LSZ.
Проблема в релятивистской квантовой механике, где частицы (возбуждения квантовых полей) могут создаваться и разрушаться в результате взаимодействия. В экспериментах КТП (таких как высокоэнергетические эксперименты на ускорителях) можно измерить только асимптотический результат с помощью детекторов частиц, но не то, что происходит во время взаимодействия.
Также с теоретической точки зрения мы еще не можем удовлетворительно описать то, что происходит во время взаимодействия, по крайней мере, в «реалистических» моделях физики высоких энергий, а только то, что происходит в пределе асимптотически свободных полей ( где понятие частицы удовлетворительно определено).
@yuggib: если это правда, то весьма примечательно, что теоретические предсказания, сделанные на основе стандартной модели КТП, так удивительно хорошо согласуются с экспериментальными результатами высоких энергий.
@flippiefanus Это только отчасти удивительно, поскольку было показано, что теория пертурбативного рассеяния КТП соответствует математической постановке теорий взаимодействующего поля. Тем не менее пока неизвестно, как удовлетворить аксиомам КТП для любой взаимодействующей теории в 3+1 измерениях.

Ответы (1)

Если у вас есть теория свободных частиц, то количество частиц хорошо себя ведет, потому что они являются просто состояниями Фока.

Беда в том, что когда вы включаете взаимодействия между частицами, то состояния взаимодействующего поля не являются состояниями Фока, т.е. они не являются собственными состояниями оператора числа частиц. На самом деле мы не знаем, каковы состояния взаимодействующего поля.

Но даже для взаимодействующего поля, когда частицы находятся далеко друг от друга, они фактически не взаимодействуют друг с другом, поэтому снова мы имеем состояния, которые в хорошем приближении являются состояниями Фока.

Итак, если вы рассматриваете типичный расчет рассеяния, то изначально, когда частицы находятся далеко друг от друга, у нас есть четко определенные состояния с четко определенным числом частиц. А после рассеяния, когда частицы уходят обратно в бесконечность, мы также имеем четко определенные состояния с четко определенным числом частиц. Проблема в том, что когда частицы находятся рядом друг с другом и сильно взаимодействуют друг с другом. Это когда количество частиц точно не определено.

Спасибо, Джон. Итак, в конкретном примере, который я привел, где электроны в моем наконечнике АСМ взаимодействуют с одной молекулой и говорят мне, сколько у меня атомов углерода, что происходит феноменологически? Кажется, что у меня есть фотонное поле, взаимодействующее с любым полем, к которому принадлежат атомы углерода, и нет никаких сомнений в том, сколько частиц существует в любой момент времени. Извините, если пример немного нетрадиционный для QFT. Моя специальность — физическая химия.
@Dragonsheep: взаимодействие сильное , когда энергия взаимодействия сравнима с массами покоя вовлеченных частиц. Для любой химической реакции это никогда не произойдет, поэтому вы можете с уверенностью считать электроны и ядра четко определенными частицами.
Это первый раз, когда я слышу этот ответ, но он, безусловно, отвечает на мои вопросы и устраняет многие опасения, которые у меня были по поводу нефизичности многих результатов, выпадающих из математики КТП. Есть ли источник, который вы могли бы предложить, где я мог бы прочитать больше об этом ограничении энергии взаимодействия?
Как насчет сильно взаимодействующих теорий с конфайнментом, например КХД?
Это никогда не бывает асимптотически бесплатным.
@Dragonsheep: я не знаю ни одной книги, которая пытается описать QFT для образованного непрофессионала. С одной стороны, научно-популярные книги содержат вводящие в заблуждение карикатуры, в то время как, с другой стороны, учебники QFT сразу же переходят к математике (а это сложная математика!). Этот сайт и, возможно, чат , вероятно, лучший выбор, если вам нужна дополнительная информация.
@innisfree: при достаточно высоких энергиях КХД становится достаточно слабой, чтобы можно было использовать стандартные пертурбативные методы, но при низких энергиях, когда взаимодействие сильное, необходимо использовать непертурбативные методы, что менее успешно.
@fip Я знаю. Я предполагал, что ответ был расширен, чтобы прокомментировать сильно взаимодействующие QFT.
Джон, что происходит, когда энергия взаимодействия намного больше, чем масса покоя, то есть когда поля ультрарелятивистские и взаимодействующие? Могут ли они вести себя как классические (т.е. неквантовые) ультрарелятивистские поля?
@Someone: когда энергии взаимодействия намного больше, чем массы покоя, создаются новые частицы, так что исходящие частицы отличаются от частиц, которые вошли. Это именно то, что происходит на коллайдерах, таких как БАК.
Статус частиц во взаимодействующих КТП
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v