SUPERVISOR
Ahmad Shirzad,Farhang Loran
احمد شیرزاد (استاد راهنما) فرهنگ لران اصفهانی (استاد مشاور)
STUDENT
HAMED GHAEMIDIZICHEH
حامد قائمی دیزیچه
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Light Cone Quantization of Scalar, Fermionic and Electromagnetism Field Via Symplectic Approach
The Light Cone coordinate was introduced as one of candidates for forms of dynamical variables by Dirac in 1949. In this coordinate, the time component of space-time four-vector at each point is perpendicular to the light cone surface. Two other different coordinate forms have been introduced by Dirac, “Instant Form” and” Point Form”. Time component in “Instant Form” is chosen as usual as we use in ordinary physics and in “Point Form” time component is perpendicular to light cone hyperboloid surface. The Light Cone Coordinate also has application in different areas of physics such as nonperturbative QCD, String theory, Ads/Cft etc. As we will show in this thesis, additional second dir=rtl align=right approach, in its ordinary framework helps us to quantize constraint system and find the commutation relations among fields and momentum fields. For this purpose we use Dirac bracket definition and finally convert it to commutator . By using this method in light cone quantization it can be depicted that the commutation relations among fields and momentum fields in this coordinate differ from ordinary ones. For instance, there is noncommutitativity between Scalar fields at equal light cone time. This noncommutitavity happens also in “Fermionic” and “Electromagnetism field”. One indirect way to find commutation relations among creation and annihilation operators in light cone quantization by Dirac method is achieved by using commutation relations among fields and momentum fields. In some models, such as “Fermionic”, “Electromagnetism” and “Yang-Mills theory” in Light Cone coordinate, we encounter a few number of constraint, hence it makes some difficulties in computing the inverse of the constraint matrix. We suggest Symplectic method to find commutation relations among creation and annihilation operators directly. As we will see, the quantization of field theory by this method is more simple than Dirac method. Symplectic approach applied in Light Cone Quantization in recent years. The Symplectic method that we use in this dissertation is based on Furrier expansion of fields and momentum fields in terms of Schrodinger modes. By applying constraint relations, the unphysical modes are removed and we can find the Dirac bracket of modes by means of Symplectic two form. By using these Dirac brackets we can also find the commutation relations among fields and momentum fields. These commutation relations are same as Dirac method. Two other problems are also discussed in this thesis, the physical modes and the propagator in Light Cone field theory. Investigating the covariance of the propagator helps us to find better the physical equivalence between different forms; in our case the Light Cone and Instant forms. In this thesis, the Dirac and Symplectic approach are used for Scalar, “Fermionic” and “Electromagnetism” field. The propagator is also computed for “Scalar” and “Fermionic” field. By applying the Symplectic approach it can be seen that extra constraints do not change the number of independent modes in three fields. The propagator of Scalar and Fermionic fields in Light Cone coordinate is computed as same as propagator in ordinary coordinate. Keywords: Light Cone Coordinate, Dirac approach, Symplectic approach
در این پایاننامه به کوانتش نظریه میدان اسکالر، فرمیونی و الکترومغناطیس در چهارچوب مختصات مخروط نوری از دو رهیافت همتافته و دیراک میپردازیم . مختصات مخروط نوری توسط دیراک برای بررسی انواع ممکن متغیرهای دینامیکی یک نظریه کوانتومی نسبیتی مطرح شد. در این مختصات مولفهی زمانی چهار بردار مکان-زمان، جهت عمود بر صفحه موازی مخروط نوری در نمودار فضا-زمان انتخاب میشود. علاوه بر مختصات مخروط نوری دو گونهی دیگر از مختصات با نام لحظهایی و نقطهایی نیز در این مقاله معرفی میشود. مولفهی زمانی در مختصات لحظهایی همان تعریف معمول در فیزیک را دارد. در مختصات نقطهایی مولفهی زمان به صورت جهت عمود بر سطح مخروطی جبهه نوری تعریف میشود. در میان این مختصات ، علاوه بر مختصات لحظهایی که به طور معمول در فیزیک بهکار میرود ، مختصات مخروط نوری کاربردهای مهمی در فیزیک، به خصوص نظریه کرمودینامیک غیر اختلالی داشته است در این پایاننامه نشان میدهیم که کوانتش نظریه میدان در چهارچوب مختصات مخروط نوری منجر به ظهور قیود اضافهای در نظریه میشود. رهیافت دیراک به عنوان یک رهیافت شناخته شده به ما این امکان را میدهد که با تعریف کروشه دیراک، جابهجاگر میدانها و تکانههای همیوغ آنها را با در نظر گرفتن قیود سیستم بهدست آوریم. نشان داده میشود که شکل این جابهجاگرها با شکل نظیر آنها در مختصات معمول متفاوت است. به طور نمونه در نظریه میدان اسکالر حقیقی در مختصات مخروط نوری جابهجاگر میدان اسکالر با خودش در زمانهای مساوی ناصفر است. رهیافت دیراک با وجود روشی مفید برای حل مسئله مشکلاتی نیز در پی دارد. نخست آنکه قادر به محاسبه جابهجاگر عملگرهای خلق و فنا به طور مستقیم در این روش نیستیم. علاوه بر این وجود تعداد زیاد قیود در نظریه میدانهای پیچیدهتر به عنوان مثال برای نظریه فرمیونی، الکترومغناطیس و یانگ-میلز موجب میشود که محاسبه ماتریس معکوس قیود نسبت به نظریه میدان اسکالر دشوارتر باشد. برای حل این مشکلات رهیافت همتافته را پیشنهاد کردهایم. استفاده از این رهیافت دو نتیجه اصلی در بر دارد. ابتدا اینکه جابهجاگر عملگرهای خلق و فنا به طور مستقیم و بدون نیاز به جابهجاگر میدانها و تکانهها بهدست میآید. علاوه بر این کوانتش نظریه فرمیونی و الکترومغناطیس بدون نیاز به محاسبه ماتریس معکوس قیود انجام میگیرد که در آن محاسبه ماتریس همتافته به مراتب ساده تر از ماتریس معکوس قیود میباشد. در اینجا باید اشاره کرد که این دو رهیافت هم ارز میباشند و به نتیجه یکسانی برای کوانتش منجر می شوند. همچنین علاوه بر کوانتش این سه نظریه به دنبال دو مسئله دیگر نیز میباشیم. یکی از آن بهدست آوردن مدهای مستقل نظریه با وجود ظهور قیود جدید میباشد و دیگری محاسبه انتشارگر در چهارچوب مختصات مخروط نوری است. محاسبه انتشارگر از این نظر اهمیت دارد که میتوان از آن به عنوان روشی برای نشان دادن همارزی مختصات مخروط نوری و مختصات معمولی استفاده کرد. در این پایاننامه انتشارگر را برای نظریه کلین گوردن و فرمیونی بهدست آوردهایم و نشان دادیم شکل انتشارگر برای مختصات مخروط نوری همانند شکل آن در چهارچوب مختصات معمول میباشد. علاوه بر این مسئله مدهای مستقل فیزیکی تا حدی برای سه نظریه بررسی شده است . کمات کلیدی: مختصات مخروط نوری-رهیافت دیراک-رهیافت هم تافته