equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
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Teoria | Interação | mediador | Magnitude relativa | Comportamento | Faixa |
---|---|---|---|---|---|
Cromodinâmica | Força nuclear forte | Glúon | 1041 | 1/r7 | 1,4 × 10-15 m |
Eletrodinâmica | Força eletromagnética | Fóton | 1039 | 1/r2 | infinito |
Flavordinâmica | Força nuclear fraca | Bósons W e Z | 1029 | 1/r5 até 1/r7 | 10-18 m |
Geometrodinâmica | Força gravitacional | gráviton | 10 | 1/r2 | infinito |
Para um sistema físico composto por partículas de spin zero, existe um potencial de Coulomb blindado que é conhecido como potencial de Yukawa. Tal pontencial é da forma
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
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e que é, claramente, um potencial do tipo central. Na equação acima, é uma constante (positiva) de acoplamento que configura a intensidade da força efetiva, é a massa da partícula afetada pelo potencial, é a velocidade da luz e a constante de Planck. Naturalmente, podemos mostrar que o potencial está associada a uma força sempre atrativa.
A História
Hideki Yukawa (físico teórico japonês) mostrou na década de 1930 que tal potencial resulta da interação/troca de um campo escalar massivo como o campo de um bóson, também maciço. Uma vez que o mediador do campo correspondente tem um certo alcance, que é inversamente proporcional à massa do mediador de partícula [1]. Dado que o alcance aproximado da força nuclear era conhecido, a equação Yukawa poderia ser utilizada para prever o massa de repouso aproximada da partícula mediadora do campo de força, mesmo antes de ser descoberto. No caso da força nuclear, esta massa foi previsto ser cerca de 200 vezes a massa do elétron, e isto foi mais tarde considerado ser uma previsão da existência do píon, antes de ter sido detectado, em 1947.
Tal potencial tem várias aplicações, incluindo a interacção entre dois núcleos. Dois núcleos podem experimentar forte interação atrativa devido à taxa de câmbio pions carregados, semelhante à forma como duas partículas interagem eletromagneticamente através da troca de fótons. Como o campo eletromagnético é "transportado" por fótons, o campo piônico potencial, expressamente descrito por Yukawa, é "transportado" por pions.
Relação com o potencial de Coulomb
Se tomarmos o limite → (ou até mesmo a igualdade) no potencial de Yukawa, nós temos
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
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de modo que podemos identificar a equação acima, com a ε, como o potencial de Coulomb. Diferentemente do potencial de Yukawa, podemos ver claramente que decresce muito lentamente, enquanto que o potencial de Yukawa decresce muito rapidamente (a depender da massa m). Por essa razão, dizemos que o potencial de Yukawa é um potencial de curto alcance, enquanto que o potencial de Coulomb não é. No gráfico que é apresentado ao lado, podemos ver como o potencial de Yukawa comporta-se, com a distância , para diferentes valores de .
Em mecânica quântica, um propagador é uma função ou distribuição que descreve a amplitude da probabilidade de uma partícula se mover de uma posição para outra. Tecnicamente, é a função de Green para a equação do movimento.
Definição
Partícula não-relativística
O propagador é uma função ou distribuição que verifica a seguinte equação:
- .
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
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Aqui é o hamiltoniano e é a distribuição dirac.
Por exemplo, considere uma partícula não relativística livre. O propagador, portanto, verifica:
- .
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
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Para resolver isso, converta em momento- e espaço de frequência :
- .
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
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Seguindo-se que:
- .
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
Converta de volta para posição e espaço-tempo:
- .
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
A integral é ambígua, porque tem um pólo em
- .
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
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Deve-se desambiguar a integral adicionando um infinitesimal, mas existem dois sinais possíveis (Por isso o propagador não é único). Ao adicionar um infinitesimal pode-se calcular:
- ,
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
Onde:
Representa a função de Heaviside. A função chamada de propagador passado (retarded em inglês), porque é diferente de zero apenas se . Enquanto isso, a função é chamada de propagador futuro (advanced em inglês), porque é diferente de zero apenas se .
Partícula relativística
Usamos uma convenção de sinalização para a métrica que, .
Uma partícula escalar relativística verifica a equação de Klein-Gordon . Daí o propagador de uma partícula escalar relativística é definido como a função de Green da equação de Klein-Gordon. Eis:
- .
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
Para resolver, converte-se em momento linear:
- .
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
Então:
- .
Converte-se de volta para o espaço de posição:
- .
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
A integral é ambígua porque tem dois pólos em:
- .
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
Deve-se desambiguar a integral adicionando um infinitesimal. De acordo com a teoria da integral curvilínea, podemos subir ou descer em cada pólo. Portanto, existem quatro métodos diferentes para eliminar a ambiguidade da integral; o propagador não é único. Se subirmos pelos dois pólos, o passado (em inglês retarded) será encontrado:
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
Onde representa a função de Bessel de primeiro tipo e . Se descermos em ambos os pólos, o propagador futuro (advanced) será encontrado:
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
Se descermos pelo pólo esquerdo (em e para cima através do pólo direito (em
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////), O propagador de Feynman será encontrado:
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
Onde representa a função de Hankel de primeiro tipo e significa a função modificada de Bessel de segundo tipo. Se subirmos pelo pólo esquerdo e descermos pelo pólo direito, o propagador de Dyson encontrar-se-á:
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
Onde representa a função de Hankel do segundo tipo .
Os quatro propagadores verificam as seguintes equações.
- .
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
Além disso, os propagadores exprimem-se com valores esperados vazios de operadores de campo:
- .
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
Partícula com rotação
Para uma partícula dirac seguindo a equação de dirac:
- ,
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
o propagador é definido semelhantemente:
- .
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
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No momento de espaço:
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
para o propagador de Feynman, etc.
Para uma partícula vetoral de massa zero (por exemplo, o fóton), existem vários ‘gauges’ possíveis. Um medidor simples é o medidor de Lorenz . Portanto, a partícula segue as equações de Maxwell com um termo gaussiano:
- .
O propagador é definido de forma semelhante:
- .
No momento linear do espaço o propagador (de Feynman, etc.) é:
- .
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos [ / IFF ] G* = / G / .= / [DR] = .= + = G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
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