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【翻译】Wilson《重整化群和epsilon展开》

二十多年来AdS/CFT和十年多年来Conformal Bootstrap的进展极大的加深了我们对于非微扰物理的理解,而这或多或少起源于有效理论的范式在各个物理领域中的实践。有效理论的应用依然在拓宽,另一方面在中文区相关的资源似乎并不够充足。因此译者想翻译这方面的始祖文章之一,Wilson的《重整化群和$\epsilon$展开》,另一篇被翻译的相关的简短介绍是《重整化群和临界现象》

译者第一次尝试翻译,人名不翻译,一些在文献中第一次出现的名词会用括号标注,初稿可能跳过一些不想翻译的段落,以后逐步完善。

重整化群和epsilon展开

Kenneth G. Wilson, J. Kogut

目录

  1. 介绍
    1. 重整化群和物理中的连贯性问题
    2. 目前的一些参考文献
    3. Ising模型的一些基本结论
  2. a
    1. 系统在临界温度附近的基本性质
    2. 对解析性的探寻:1. 平均场理论;2. Kadanoff理论
  3. 重整化群的平凡例子:Gauss型模型
  4. $s^4$模型 1.简化版的重整化群变换
    1. $\epsilon$展开和一个非平凡的不动点
    2. 线性化方程和对$\nu$的计算
  5. $s^4$模型(续)
    1. 无关变量和$\epsilon$展开
    2. 完整的重整化群变换
  6. 近似的递推公式
    1. Polyakov的推导
    2. 一些数值结果
  7. a
    1. 关于近似递推公式进一步的结果
    2. 自旋n点函数的标度定理
    3. slow transients和对$\epsilon$的消除
  8. 临界指数的Feynman图计算($\epsilon$展开)
  9. $4-\epsilon$维时空中张量算子的量纲
  10. 统计力学和场论的联系
  11. 精确重整化群的微分形式
  12. a
    1. 重整化群变换的拓扑(不动点,轨迹和子空间)
    2. 不动点,子空间和重整化
    3. 多不动点,区域和普适性
    4. 不动点和反常量纲
  13. 目前为止对4维$\phi^4$理论非平凡不动点的徒劳探寻
  14. 结语

致谢

附录:精确重整化群方程的简单解

参考文献

Reiko10/13/2020, 11:13:31 AM

1 介绍

这篇论文的目的是探讨重整化群,以及它在临界现象和场论中的应用。我们会用$\epsilon$展开方法来展示思想。

一些未翻译的(dis)claim

1.1 重整化群和物理中的连贯性(coherence)问题

在这一节我们会对重整化群进行哲学式的讨论,读者应该在读完全篇后重读这一部分,在结尾会开始回顾临界现象。

重整化群方法可以用来处理物理中一些最困难的问题,包括相对论性量子场论,临界现象,Kondo效应[1-7],等等,这些问题的共同要点是涉及的自由度数目非常大。 物理学中大部分问题都涉及大数目的自由度,例如在晶体、液体和气体中涉及$10^{23}$个电子,每一个电子的每一个坐标都是一个自由度。

相比之下,多数理论方法只适用于一个自由度的情况。例如对于描述一个电子波函数$\psi(x,y,z)$的Schrodinger方程,如果能对这个方程进行分离变量,例如在球坐标中$\psi=\psi_{1}(r)\psi_{2}(\theta)\psi_{3}(\phi)$,那么问题会无比简单,但显然计算$10^{23}$个电子的波函数是不可能的,除非做精巧的简化。

在通常情况下$10^{23}$个自由度会被极大的约化。系统的广延量和强度量(例如能量是广延量,密度是强度量)使得我们能在仅已知一部分微观样本时重构整个宏观系统的性质。因此在相同温度和压力时,含有$10^3$$10^{23}$个原子的两份液体的密度和能量密度应该近似的相等。

那么在不改变气体的定性性质的条件下,我们可以把气体的尺寸减小到多少呢?这个最小的尺寸称之为关联长度(correlation length)。关联长度$\xi$依赖于系统的状态,例如对于气体$\xi$依赖于压力和温度。在容易处理的情况下$\xi$大概是1-2倍的原子间距,这时我们有很多计算方法:维里(virial)展开,微扰展开,Hartree-Fock方法,等等。这些方法通常涉及各种近似,但它们有一个共同点,就是都假设物质的性质和一小团原子的性质相关。当然由三个原子组成的集团已经包含大量的自由度,因而需要进一步合理的简化才能求解。

在一些特殊情况下,关联长度远远大于原子间距。相变的临界点是主要的例子,例如气液相变,铁磁相变,合金的有序-无序(order-disorder)相变,等等。这些列出的临界点都要求热力学变量取在特定的值,例如气液相变在临界温度$T_c$和临界压力$P_c$时发生。在临近点处$\xi$是发散的,而在临界点附近$\xi$很大。

临界现象,Kondo问题(金属中的磁性杂质),大分子的束缚,相对论性量子场论,等等,这一大类物理问题被下面这个性质所刻画:在一个$\xi$大小的区域中有成千上万个自由度。例如在相对论性量子场论中,量子场$\phi(x)$在每一点$x$都是一个自由度,因此在任意有限区域中都包含了无穷多的自由度。一般而言量子场的关联长度是最小质量粒子的Compton波长。对于量子电动力学,起作用的关联长度是电子的Compton波长($10^{-11}$厘米)而不是光子的Compton波长(无穷大)。因而在全空间中量子电动力学的性质应该是和在一个尺寸大于$10^{-11}$厘米的箱子中的性质简单联系在一起的。如果箱子远小于$10^{-11}$厘米,电子和光子的相互作用会产生显著的影响。

上面罗列的问题

Reiko10/13/2020, 11:15:58 AM

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Elsewhere

Reiko replied to Zettl's book on Sturm-Liouville problem

Part II Regular Boundary Value Problems 第三章开始讨论经典的SL方程的边界值问题, [-left(p y^{prime}right)^{prime}+q y=lambda w y quadtext { on } J=(a, b),quad-infty leq a<b leq infty] 以及一般的边界条件, [A Y(a)+B Y(b)=0, Y=left[begin{array}{c} y p y^{prime} end{array}right], A, B in M_{2}(mathbb{C})] regularity要求r=1 / p, q, w in L(J, mathbb{C})。 比较重要的概念是特征函数, [delta(lambda)=delta(a, b, A, B, P, w, lambda)=operatorname{det}[A+B Phi(b, a, P, w, lambda)]] 其中Phi是把方程写为一阶ODE对应的primary fundamental matrix。引理3.2.1说明特征函数关于lambda是整函数,零点为特征值,因而可以刻画特征值的行为(引理3.2.4)。 接下来是简单讨论了一下常用的边界条件,一种是两个边界点的条件独立,一种是self-adjoint,这里并不要求系数的正定性。 第三节具体算了Fourier方程-y^{prime prime}=lambda y text { on }(a, b),-infty leq a<b leq infty,一些值得注意的评论是,用一列逼近mathbb{R}的定义域,相应的spec(trum)会逼近mathbb{R}上的连续spec,后者是一个singular SL问题。这个现象是普遍的,在第十章会讨论用一列regular SL逼近singular SL。 第四节讨论关于input的形变性质,定义space of regular SL为一个距离空间, [begin{aligned} dleft(omega, omega_{0}right) &=left|a-a_{0}right|+left|b-b_{0}right|+|| A-A_{0}||+|| B-B_{0}|| &+int_{a^{prime}}^{b^{prime}}left(left|frac{1}{widetilde{p}}-frac{1}{widetilde{p}{0}}right|+left|tilde{q}-tilde{q}{0}right|+left|widetilde{w}-widetilde{w_{0}}right|right) end{aligned}] 比较两组input的距离。我们已经知道特征函数可以刻画spec,现在无非是具体讨论特征函数关于input的形变。这里基本只是局部的理论。第五节讨论了连续性,第六节算了关于系数函数的泛函导数。 第七节构造#spec有限的例子,我没兴趣略过。第八节讨论Green函数。 一个比较重要的评论是self-adjoint的情况我们有Hilbert space加spec thm的框架,non-self-adjoint非常复杂,作者评论到相关理论"rather fragmentary"。 第四章讨论regular self-adjoint情况,新的input是, [A,Bin M_{2}(mathbb{C}), AEA^=BEB^,operatorname{rank}(A:B)=2,E=left[begin{array}{cc}0, & -1 1, & 0end{array}right]] Part III Oscillation and Singular Existence ProblemsPart IV Singular Boundary Value ProblemPart V Examples and other Topics 第十三章讨论了two intervals的问题,这个是我在CFT中需要用到的,不得不说Paulos懂得真多...... 先写到这吧,边看边补充。

Reiko replied to Zettl's book on Sturm-Liouville problem

最近用到Sturm-Liouville问题中的一些细节,这个问题非常经典,但发现自己了解的太少,于是开始恶补一番。在读Zettl这本,顺便写一下读后感......基本是复读机。 Part I Existence and Uniqueness Problems 第一章是介绍一阶矩阵ODE的常识,例如用压缩映射证明存在性,讨论解关于input(系数(要求局部可积),定义域)的连续性和可微分性。这里引入的primary fundamental matrix Phi就是path integral中的演化算子,或者指数映射。 第二章套用第一章的set-up讨论非齐次SL方程-left(py^{prime}right)^{prime}+q y=f的初值问题。这里值得强调是regular vs. singular定义为系数1/p,q,f在定义域上可积,而不是一些常见文献中区分定义域是否有界以及系数可积。 为了看到这一点可以考虑下面的Fourier 方程做代换t=log s把t的无界性拉到有限处,sin(0,1),这时1/p=w=frac{1}{s}在0附近不可积。 下面是Sturm分离定理和比较定理,条件是a.e. p>0。预备定理2.6.1说明非平凡解的零点在regular(边界)点附近是孤立的,零点的聚点只可能是singular点。分离定理2.6.2说明两个独立的解的零点是交替的,y_1的两个零点中有一个y_2的零点。由此引入singular点的振荡类型(O),在其附近所有的解都有无穷多的零点。比较定理2.6.3是当两个齐次SL方程的系数满足一个序关系的时候可以用一个来控制另一个的零点。 第七节讨论了系数是周期函数的情况,称为Floquet理论,自然和能带理论有一些overlap,另一个相关的是Floquet dynamics,讨论系统在周期性的扰动下的行为,相关的文章可以看这篇Floquet CFT的引文。

Reiko replied to 分形子模型

Based on talks given by Shao (at StringMath2020) and Seiberg (at String2020). arXiv: 2003.10466,2004.00015,2004.06115 动机 一般来说,对于一个带有局部相互作用的格点模型,它在IR可以用一个连续的有效场论来描述,例如Ising模型和phi^4标量场。更具体的例子是我们期待任意的gapped phase在IR都可以用TQFT来描述。分性子模型是一个反例,它们不具有通常意义的连续极限,不存在一个IR的TQFT描述。 S&S的工作是在一定程度上扩展QFT的框架来容纳分性子模型。 extending the framework of QFT to incorporate fractons. centering around the X-cube model [Vijay, Haah, Fu 2016], one of the most celebrated gapped fracton models, and its related systems. restricted to (3+1)-dimensional flat spacetime. the continuum description is not topological, but has quasi-topological defects and operators. X-cube模型 格点是3维的立方晶格,边长为L_x,L_y,L_z,取周期边界条件。在每一条边上有一个2维的Hilbert空间(可以理解为自旋),整个Hilbert空间是所有边上的(拓扑)张量积。Hamiltonian由A terms和B terms构成, =-sum_{c} A_{c}-sum_{v}left(B_{v}^{x}+B_{v}^{y}+B_{v}^{z}right) 一项是对所有的格子求和,第二项是对顶点求和,A_c是一个格子c中每一条边l上的Pauli矩阵sigma^1乘积,B_v^z是对一个顶点的相连的6条边中横向方向的4条边上的sigma^3乘积。 如图(假的图) 可以验证的是这个H中的任意两项都是交换的。 X-cube模型具有如下奇怪的性质: 基态数量为2^{2 L^{x}+2 L^{y}+2 L^{z}-3},按照格子的长度指数增长,因而取Lto infty的极限时发散。 基态数量是稳健的,对Hamiltonian用局部算子做小的微扰不会定性的改变其性质。 激发态的移动方向是受限制的(比较:在通常的QFT中我们可以用动量算子移动粒子的位置),其中一种点状激发称为fracton,单个的fracton无法移动,但带有相反的荷的一对fractons可以沿着横向移动。 Toric code 格点为2维的正方晶格。同样在每一条边上取一个2维的Hilbert space,整个Hilbert space为它们的张量积。Hamiltonian是类似的, =-sum_{p} A_{p}-sum_{v} B_{v} 图片未添加

Reiko replied to Z2 规范理论

Z2规范理论 考虑一个2d的正方格子(lattice),用i标记格点(site)位置,ij标记临近边(nearest-neighbor link),在每一个临近边上给定边变量s_{ij}=s_{ji}=pm1,该边上的子Hilbert空间为, H_{ij}=L^2({pm1})congC^2 也可以理解为一个spin 1/2。 总Hilbert空间定义为所有可能边变量的构型{s_{ij}}生成的空间Hniket{{s_{ij}}},或者说每一边上的子Hilbert空间的张量积, H=bigotimes_{ij}H_{ij} 这是一个量子Ising模型,构型和态是一对一的。 Z_2规范理论就是在上面的基础上用多个构型来标记一个态。 定义两个构型{s_{ij}}规范等价, s'_{ij}=W_i s_{ij} W^{-1}_j 其中W_i是取值pm1的任意函数,我们用规范等价的构型对应同一个态。 回忆连续场论中的类似物是Wilson line, e^{int A d x} rightarrow g(x) e^{int A dx} g^{-1}(x) 具体讨论最简单的2times2格子,有2^4=16种不同构型,规范变换W_i的自由度也是16,但常值规范变换W_i=1和W_i=-1不改变构型{s_{ij}}(连续场论中类似物为剩余对称性,例如全纯映射中的SL(2,C)部分),因此只能模去8个自由度,得到规范等价类为16/8=2,是一个dim=2的Hilbert空间。 标记规范等价类的一种方式是Wegner-Wilson圈变量(连续场论类比Wilson圈), F_L=s_{ij}s_{jk}cdots s_{li} 乘积遍历圈L经过的格点,又称为通过L的Z_2 flux。在上面的例子中只有一个圈,取值pm1,对应两个态。 对一般的N个格点的环面,dimH=2^{N+1},每一个(最小)圈L对应的F_L标记4个态,关系prod_L F_L=1约化一半,因此2^N times 4 /2=dimH。 一般的局域Hamiltonian,例如Ising模型的,应该满足, H=sum_{ij}H_{ij}+text{short range interaction} 其中H_{ij}是边Hilbert空间上的Hamiltonian,short range是指这些算子作用在例如临近边ijcoprod jk的Hilbert空间上,相互作用距离ll系统尺寸。 这里由于引入了规范变换,Hamiltonian也应该是规范不变的, H_{Z_{2}}=-g sum_{L} F_{L}-t sum_{ij} sigma_{i j}^{1} 其中F_L是上面引入的flux算子,s^1算子的作用是改变自旋到相反方向,也是规范不变的。

Reiko replied to Z2 规范理论

规范结构不是对称性 这段截取自Wen老师讨论多体的书。 在Hilbert space的框架下,对称性是指两个不同的state ket{1}和ket{2}具有相同的性质(构成一个表示),例如和其它state的matrix coefficients,通常(semi-simple case)我们能用对称性来正交化braket{1}{2}=0。 规范结构是指我们用不同的标签ket{1}和ket{2}来label同一个state,因而braket{1}{2}=1,也不存在所谓的“对称性”的破缺。例如在xinR上, H=p_x^2+V(x) 周期T的的单粒子Hamiltonian。 一种实现方式是它是S^1上的粒子,mathcal{H}=L^2(S^1),这时ket{x}和ket{x+nT}是同一个state的不同label;另一种不同的实现方式是mathcal{H}=L^2(R),前者的Hilbert space是后者的规范不变的sector。 类似的事情可以看nlab中关于等价原理的讨论。 Gauge structure in BV formalism 在BV formalism 中存在非平凡的Noether identities

Reiko replied to Shadow formalism

deleted......

Colliot replied to Shadow formalism

Preamble 也许要放在开头,确保加载顺序。

Reiko replied to test2论文阅读1

ket{1} ev{1}