Dirac membranı - Dirac membrane - Wikipedia

Yüklü bir model zar tarafından tanıtıldı Paul Dirac 1962'de. Dirac'ın asıl motivasyonu, müon bir karşılık gelen temel durumun bir uyarımı olarak elektron. Doğumunu tahmin etmek sicim teorisi neredeyse on yıl içinde, şimdi bir tür Nambu – Goto harekete geç membranlar için.

İçinde Dirac membran modeli zardaki itici elektromanyetik kuvvetler, pozitif gerilimden gelen büzüşenler tarafından dengelenir. Küresel zar durumunda, klasik hareket denklemleri, yarıçap için dengenin sağlandığını ifade eder. ${ displaystyle 0.75r_ {e}}$, nerede ${ displaystyle r_ {e}}$ ... klasik elektron yarıçapı. Küresel simetrik zarın Hamiltoniyeni için Bohr-Sommerfeld kuantizasyon koşulunu kullanan Dirac, ilk uyarıma karşılık gelen kütlenin yaklaşıklığını şu şekilde bulur: ${ displaystyle 53m_ {e}}$, nerede ${ displaystyle m_ {e}}$ elektronun kütlesi, gözlemlenen müon kütlesinin yaklaşık dörtte biri kadardır.

Eylem ilkesi

Dirac, membran için hareket ilkesini formüle etmek için standart olmayan bir yol seçti. Çünkü kapalı membranlar ${ displaystyle mathbb {R} ^ {3}}$ İç ve dış mekânın doğal bir şekilde bölünmesini sağlar, özel bir eğrisel koordinat sistemi vardır ${ displaystyle x ^ { mu}}$ uzay zamanında ve bir işlev ${ displaystyle f (x)}$ öyle ki

- ${ displaystyle f (x) = 0}$ bir zarı tanımlar

- ${ displaystyle f (x)> 0}$, ${ displaystyle f (x) <0}$ zarın dışındaki veya içindeki bir bölgeyi tanımlayın

Seçme ${ displaystyle x ^ {1} = f (x)}$ ve aşağıdaki ölçü ${ displaystyle sigma ^ {0} = x ^ {0} =: tau}$, ${ displaystyle sigma ^ {1} = x ^ {2}}$, ${ displaystyle sigma ^ {2} = x ^ {3}}$ nerede ${ displaystyle sigma ^ { alpha}}$, ( ${ displaystyle alpha = 0,1,2}$), zarın dünya hacminin iç parametrizasyonudur, Dirac tarafından önerilen zar hareketi

${ displaystyle S = S_ {EM} + S_ {membran}}$

${ displaystyle S_ {EM} = - { frac {1} {16 pi}} int _ {x ^ {1}> 0} Jg ^ { mu rho} g ^ { nu sigma} F_ { mu nu} F _ { rho sigma} d ^ {4} x, S_ {mem.} = - { frac { omega} {4 pi}} int _ {x ^ {1} = 0} Mdx ^ {0} dx ^ {2} dx ^ {3}}$

indüklenen metrik ve J ve M faktörlerinin verildiği yer

${ displaystyle g _ { mu nu} = kısmi _ { mu} y ^ { Lambda} kısmi _ { nu} y _ { Lambda}, Lambda = 0,1,2,3 }$

${ displaystyle J = { sqrt {- det g _ { mu nu}}}. M = J { sqrt {-g ^ {11}}}}$

Yukarıda ${ displaystyle y ^ { Lambda}}$ doğrusal ve ortogonaldir. Kullanılan uzay-zaman işareti (+, -, -, -) 'dir. Bunu not et ${ displaystyle S_ {EM}}$ eğrisel bir sistemde elektromanyetik alan için olağan bir eylemdir. ${ displaystyle S_ {membran}}$zarın dünya hacmi üzerindeki integraldir, yani tam olarak daha sonra sicim teorisinde kullanılan eylemin türüdür.

Hareket denklemleri

Aşağıdaki 3 hareket denklemi vardır. ${ displaystyle A _ { mu}}$ ve ${ displaystyle y ^ { Lambda}}$. Bunlar: - w.r.t. varyasyonu. ${ displaystyle A _ { mu}}$ için ${ displaystyle x_ {1}> 0}$ - bu, kaynaksız Maxwell denklemleriyle sonuçlanır - varyasyon w.r.t. ${ displaystyle y ^ { Lambda}}$ için ${ displaystyle x_ {1}> 0}$ - bu Maxwell denklemlerinin bir sonucunu verir - varyasyon w.r.t. ${ displaystyle y ^ { Lambda}}$ için ${ displaystyle x_ {1} = 0}$

${ displaystyle { frac {1} {2}} F _ { alpha 1} F ^ { alpha 1} = omega J ^ {- 1} (Mg ^ {1 mu} / g ^ {11}) _ {, mu}}$

Son denklemin geometrik bir yorumu vardır: r.h.s. zarın eğriliği ile orantılıdır. Küresel simetrik durum için

${ displaystyle { frac {e ^ {2}} {2 rho ^ {4}}} = omega { frac {d} {dt}} { frac { dot { rho}} { sqrt {1 - { nokta { rho}} ^ {2}}}} + { frac {2 omega} { rho { sqrt {1 - { dot { rho}} ^ {2}}} }}}$

Bu nedenle denge durumu ${ displaystyle { dot { rho}} = 0}$ ima eder ${ displaystyle a ^ {3} = e ^ {2} / 4 omega}$ nerede ${ displaystyle a}$ dengeli zarın yarıçapıdır. Yarıçaplı küresel membran için toplam enerji ${ displaystyle rho}$ dır-dir

${ displaystyle E ( rho) = e ^ {2} / 2 rho + beta rho ^ {2}}$

ve dengede minimumdur ${ displaystyle beta = omega}$dolayısıyla ${ displaystyle E (a) = 3e ^ {2} / 4a}$. Öte yandan, denge durumundaki toplam enerji ${ displaystyle m_ {e}}$ (içinde ${ displaystyle c = 1}$ birimleri) ve böylece elde ederiz ${ displaystyle a = 0,75r_ {e}}$.

Hamilton formülasyonu

Küresel simetrik durumda denge hakkında küçük salınımlar frekansları ifade eder - ${ displaystyle { sqrt {6}} / a}$. Bu nedenle, kuantum teorisine gidersek, bir kuantumun enerjisi ${ displaystyle h nu = { sqrt {6}} hbar / a = 448m_ {e}}$Bu, müon kütlesinden çok daha fazladır, ancak frekanslar kesinlikle küçük değildir, bu nedenle bu yaklaşım düzgün çalışmayabilir. Daha iyi bir kuantum teorisi elde etmek için sistemin Hamiltoniyenini çözmek ve karşılık gelen Schroedinger denklemini çözmek gerekir.

Hamilton formülasyonu için Dirac, genelleştirilmiş momentleri

- için ${ displaystyle x ^ {1}> 0}$: ${ displaystyle B ^ { mu}}$ ve ${ displaystyle w_ {R}}$ - momenta eşlenik ${ displaystyle A _ { mu}}$ ve ${ displaystyle y ^ {R}}$ sırasıyla (${ displaystyle R = 1,2,3}$, koordinat seçimi ${ displaystyle x ^ {0} = y ^ {0}}$)

- için ${ displaystyle x ^ {1} = 0}$: ${ displaystyle W_ {R}}$ - momenta eşlenik ${ displaystyle y ^ {R}}$

O zaman aşağıdaki kısıtlamalar fark edilir

- Maxwell alanı için

${ displaystyle B ^ {0} = 0, {B ^ {r}} _ {, r} = 0, w_ {R} {y ^ {R}} _ {, s} -B ^ {r} F_ {rs} = 0}$

- membran momentası için

${ displaystyle W_ {R} {y ^ {R}} _ {, 2} = W_ {R} {y ^ {R}} _ {, 3} = 0, 16 pi ^ {2} W_ {R} W_ {R} = omega ^ {2} M ^ {2} c ^ {00} (c ^ {00} -1)}$

nerede ${ displaystyle c ^ {ab}}$ - karşılıklı ${ displaystyle g_ {ab}}$, ${ displaystyle a, b = 0,2,3}$.

Bu kısıtlamaların Hamiltoniyen hesaplanırken dahil edilmesi gerekir. Dirac dirsek yöntem. Bu hesaplamanın sonucu formun Hamiltoniyenidir.

${ displaystyle H = H_ {EM} + H_ {s}}$

${ displaystyle H_ {s} = { frac {1} {4 pi}} int { sqrt {16 pi ^ {2} W_ {R} W_ {R} + omega ^ {2} (g_ {22} g_ {33} -g_ {23} ^ {2})}} dx ^ {2} dx ^ {3}}$

nerede ${ displaystyle H_ {EM}}$ eğrisel sistemde yazılmış elektromanyetik alan için Hamiltoniyen'dir.

Niceleme

Küresel simetrik hareket için Hamiltoniyen

${ displaystyle H = { sqrt { eta ^ {2} + omega ^ {2} rho ^ {4}}} + e ^ {2} / 2 rho, { rho, eta } = 1}$

ancak, diferansiyel operatörün karekökü nedeniyle doğrudan niceleme net değildir. Daha fazla bilgi edinmek için Dirac Bohr-Sommerfeld yöntemini ele alıyor:

${ displaystyle 2 pi hbar n = 2 int _ { rho _ {min}} ^ { rho _ {max}} eta d rho}$

ve bulur ${ displaystyle E_ {1} yaklaşık 53m_ {e}}$ için ${ displaystyle n = 1}$.

Ayrıca bakınız

• Brane

Referanslar

P. A. M. Dirac, Bir Genişletilebilir Elektron Modeli, Proc. Roy. Soc. A268, (1962) 57–67.