维克定理, 英語, wick, theorem, 由吉安, 卡罗, 威克提出, 在量子场论中广泛用于将产生及湮滅算符的连乘积转化为该连乘积的正规序与相应的收缩之和, 在格林函数方法, 英语, green, function, many, body, theory, 和费曼图的相关问题中有重要应用, 例如, 高斯自由场的说, 若h是纯量场, displaystyle, langle, rangle, 是传播子, displaystyle, langle, ldots, rangle, text, ldots, 目录,. 维克定理 英語 Wick s theorem 由吉安 卡罗 威克提出 在量子场论中广泛用于将产生及湮滅算符的连乘积转化为该连乘积的正规序与相应的收缩之和 1 在格林函数方法 英语 Green s function many body theory 和费曼图的相关问题中有重要应用 例如 高斯自由场的维克定理说 若h是纯量场 D x y h x h y displaystyle D x y langle h x h y rangle 是传播子 则 h x 1 h x 2 k 对 D x i 1 x i 2 D x i 2 k 1 x i 2 k displaystyle langle h x 1 ldots h x 2k rangle sum text 对 D x i 1 x i 2 ldots D x i 2k 1 x i 2k 目录 1 算符的收缩的定义 2 例子 2 1 例1 2 2 例2 2 3 例3 3 定理的表述 4 维克定理的应用 5 参考文献 6 阅读算符的收缩的定义 编辑两个算符 A displaystyle hat A 和 B displaystyle hat B 的收缩定义为 A B A B A B displaystyle hat A bullet hat B bullet equiv hat A hat B mathopen hat A hat B mathclose 其中 O displaystyle mathopen hat O mathclose 表示算符O displaystyle hat O 的正规序 算符的收缩也可以用一条在A displaystyle hat A B displaystyle hat B 上方且连接它们的线来表示 例如A B displaystyle overset sqcap hat A hat B 下面具体检视 A displaystyle hat A and B displaystyle hat B 分别是产生算符和湮灭算符的四种情形 N displaystyle N 粒子体系的产生和湮灭算符分别用 a i displaystyle hat a i dagger 和 a i displaystyle hat a i 来表示 它们满足对易 玻色子 或反对易 费米子 关系 a i a j d i j displaystyle hat a i hat a j dagger pm delta ij 其中 d i j displaystyle delta ij 是克罗内克函数 于是有 a i a j a i a j a i a j 0 displaystyle hat a i bullet hat a j bullet hat a i hat a j mathopen hat a i hat a j mathclose 0 a i a j a i a j a i a j 0 displaystyle hat a i dagger bullet hat a j dagger bullet hat a i dagger hat a j dagger mathopen hat a i dagger hat a j dagger mathclose 0 a i a j a i a j a i a j 0 displaystyle hat a i dagger bullet hat a j bullet hat a i dagger hat a j mathopen hat a i dagger hat a j mathclose 0 a i a j a i a j a i a j d i j displaystyle hat a i bullet hat a j dagger bullet hat a i hat a j dagger mathopen hat a i hat a j dagger mathclose delta ij 其中 i j 1 N displaystyle i j 1 ldots N 由于定义正则序时已经加入了必要的正负号 所以上述关系式对玻色子和费米子都成立 由上面可见 任意两个算符的收缩不再是算符 而是一个数 例子 编辑任何产生和湮灭算符的连乘积都可以用该连乘积的正则序和有限对算符的收缩表示出来 这是维克定理的基础 在具体叙述维克定理之前 先来看几个例子 令 a i displaystyle hat a i and a i displaystyle hat a i dagger 为玻色子的产生和湮灭算符 它们满足下列对易关系 a i a j 0 displaystyle left hat a i dagger hat a j dagger right 0 a i a j 0 displaystyle left hat a i hat a j right 0 a i a j d i j displaystyle left hat a i hat a j dagger right delta ij 其中 i j 1 N displaystyle i j 1 ldots N A B A B B A displaystyle left hat A hat B right equiv hat A hat B hat B hat A 是对易子 d i j displaystyle delta ij 是克罗内克函数 根据这些对易关系 就可以把任意产生和湮灭算符的连乘积表示用其正规序与有限对算符的收缩表达出来 例1 编辑 a i a j a j a i d i j a j a i a i a j a i a j a i a j displaystyle hat a i hat a j dagger hat a j dagger hat a i delta ij hat a j dagger hat a i hat a i bullet hat a j dagger bullet mathopen hat a i hat a j dagger mathclose hat a i bullet hat a j dagger bullet 对比上式的最左边和最右边可见 a i a j displaystyle hat a i hat a j dagger 的顺序并未发生改变 只是换了一种表达方式 例2 编辑 a i a j a k a j a i d i j a k a j a i a k d i j a k a j a i a k a i a j a k a i a j a k a i a j a k displaystyle hat a i hat a j dagger hat a k hat a j dagger hat a i delta ij hat a k hat a j dagger hat a i hat a k delta ij hat a k hat a j dagger hat a i hat a k hat a i bullet hat a j dagger bullet hat a k mathopen hat a i hat a j dagger hat a k mathclose mathopen hat a i bullet hat a j dagger bullet hat a k mathclose 例3 编辑 a i a j a k a l a j a i d i j a l a k d k l displaystyle hat a i hat a j dagger hat a k hat a l dagger hat a j dagger hat a i delta ij hat a l dagger hat a k delta kl a j a i a l a k d k l a j a i d i j a l a k d i j d k l displaystyle hat a j dagger hat a i hat a l dagger hat a k delta kl hat a j dagger hat a i delta ij hat a l dagger hat a k delta ij delta kl a j a l a i d i l a k d k l a j a i d i j a l a k d i j d k l displaystyle hat a j dagger hat a l dagger hat a i delta il hat a k delta kl hat a j dagger hat a i delta ij hat a l dagger hat a k delta ij delta kl a j a l a i a k d i l a j a k d k l a j a i d i j a l a k d i j d k l displaystyle hat a j dagger hat a l dagger hat a i hat a k delta il hat a j dagger hat a k delta kl hat a j dagger hat a i delta ij hat a l dagger hat a k delta ij delta kl a i a j a k a l a i a j a k a l a i a j a k a l a i a j a k a l a i a j a k a l displaystyle mathopen hat a i hat a j dagger hat a k hat a l dagger mathclose mathopen hat a i bullet hat a j dagger hat a k hat a l dagger bullet mathclose mathopen hat a i hat a j dagger hat a k bullet hat a l dagger bullet mathclose mathopen hat a i bullet hat a j dagger bullet hat a k hat a l dagger mathclose mathopen hat a i bullet hat a j dagger bullet hat a k bullet bullet hat a l dagger bullet bullet mathclose dd dd dd dd 最后一行用到了不同数目的 displaystyle bullet 记号来表示不同的收缩 由最后一个例子可见 从基本对易关系来将场算符表示成正规乘积与收缩之和一般来说并不是一件容易的事 而维克定理就是用来解决这个问题的 定理的表述 编辑一组产生和湮灭算符的乘积 A B C D E F displaystyle hat A hat B hat C hat D hat E hat F ldots 可以用正规乘积和收缩表示为 A B C D E F A B C D E F singles A B C D E F doubles A B C D E F displaystyle begin aligned hat A hat B hat C hat D hat E hat F ldots amp mathopen hat A hat B hat C hat D hat E hat F ldots mathclose amp quad sum text singles mathopen hat A bullet hat B bullet hat C hat D hat E hat F ldots mathclose amp quad sum text doubles mathopen hat A bullet hat B bullet bullet hat C bullet bullet hat D bullet hat E hat F ldots mathclose amp quad ldots end aligned 换句话来说 一组产生和湮灭算符的乘积等于它们的正规乘积 加上考虑所有可能的单个收缩之后的正规乘积之和 再加上考虑所有可能的两个收缩之后的正规乘积之和 等等 在实际应用中 往往通过将算符交换顺序而将属于同一个收缩的两个算符写在一起 在交换顺序时需要注意的是 每次交换两个费米子算符的前后顺序时 需要引入一个负号 例如 f 1 f 2 f 1 f 2 N f 1 f 2 f 1 f 2 f 1 f 1 N f 2 f 2 f 1 f 2 N f 2 f 1 f 2 f 1 N f 1 f 2 f 2 f 2 N f 1 f 1 f 1 f 1 f 2 f 2 f 1 f 2 f 2 f 1 displaystyle begin array ll hat f 1 hat f 2 hat f 1 dagger hat f 2 dagger amp mathcal N hat f 1 hat f 2 hat f 1 dagger hat f 2 dagger amp overline hat f 1 hat f 1 dagger mathcal N hat f 2 hat f 2 dagger overline hat f 1 hat f 2 dagger mathcal N hat f 2 hat f 1 dagger overline hat f 2 hat f 1 dagger mathcal N hat f 1 hat f 2 dagger overline hat f 2 hat f 2 dagger mathcal N hat f 1 hat f 1 dagger amp overline hat f 1 hat f 1 dagger overline hat f 2 hat f 2 dagger overline hat f 1 hat f 2 dagger overline hat f 2 hat f 1 dagger end array 维克定理的应用 编辑维克定理在计算场算符的真空态期望值的时候很有用 因为所有正规乘积的真空态期望值为零 而任意两个算符的收缩根据上面的定义是一个很容易计算的数值 故任意产生算符与湮灭算符的连乘积的真空态期望值可以很容易计算出来 例如 上面最后一个费米子的例子 式子右边取真空态期望值后 根据正规乘积的性质 前面五项都是零 而後两项则可用克罗内克函数计算出来 分别为 1 和 0 故式子左边的算符的真空态期望值为 1 参考文献 编辑 尹道乐 尹澜 2 凝聚态量子理论 ISBN 9787301161609 阅读 编辑Peskin Schroeder Intro QFT G C Wick The Evaluation of the Collision Matrix Phys Rev 80 268 272 1950 Silvan S Schweber An Introduction to Relativistic Quantum Field Theory Harper and Row New York 1962 Chapter 13 Sec c M E Peskin and D V Schroeder An Introduction to Quantum Field Theory Perseus Books 1995 4 3 Tony Philips Finite dimensional Feynman Diagrams What s New In Math American Mathematical Society November 2001 2007 10 23 原始内容存档于2014 01 08 Emilio San Fabian Wick s theorem 2001年2月 2008 07 29 原始内容存档于2008 09 19 T S Evans D A Steer Wick s theorem at finite temperature Nucl Phys B 474 481 496 1996 arXiv hep ph 9601268 取自 https zh wikipedia org w index php title 维克定理 amp oldid 72891195, 维基百科,wiki,书籍,书籍,图书馆,