IFT/TM-07/87 UBIRAJARA L. VAN KOLCK QUANTIZAÇÃO ESTOCASTICA r ' ' ' -1^ E . TEORIAS DE.GAUGE Dissertação de Mestrado apresentada no INSTITUTO DE FÍSICA TEÚRICA Orientador: Prof. Dr. Bruto Max Pimentel Escobar São Paulo Agosto de 1987 À memória de meu pai. Agradecimentos Como qualquer outro trabalho, este é o resultado das vi vências de seu autor e, portanto, da influência das pessoas que com ele conviveram. É difícil citá-las todas e, mais ainda, ex- pressar a cada uma minha estima. Vou tentar. Agradeço à Cíntia, meu amor, minha companheira, meu maior exemplo de tu do de bom que pode nascer entre duas pessoas, esteio e estímu- lo para esta dissertação; ao Pimentel, meu amigo, meu orientador, que me mostrou de modo tão simples e cuidadoso quão agradável pode ser trabalhar com liberdade e respeito, sem imediatismo; ao Carias, ao Edson, ao Elso e ao Gustavo, que, compartilhando dor e alegria, revelaram-se grandes amigos em um período turbu lento; suas amizades são talvez o melhor produto desses anos no IFT; - ao Denis, ao Elso (de novo), ao Marcelo (apesar de tudo...) e à Norma, pelos mais de seis anos juntos na física; ao Jonas, tan tas partidas depois; ao Zimerman e ao Alfredo, por discussões sobre pontos deste trabalho; à Cristina, por isso e, sobretudo, pela alegria contagiante; ao Bira, ao Braz, ao Airton, ao Seu Moacir, ao Seu Antônio, ao Alberto, ...; enfim,a todos alunos, professores e funcionários do IFT; 3 turbulência, doce mas as vezes perdida, que me apontou cari— nhosamente a necessidade de muitas mudanças e foi, indiretamen te, responsável pelo que há de novo aqui; - e, como não poderia deixar de ser, à minha mãe, que (também) é a melhor do mundo. Além disto, CAPES e o eficiente foram fundamentais o suporte financeiro da e simpático trabalho de datilografia da Maria Inês. ÍNDICE I. II. III. IV. QUANTIZAÇÃO ESTOCASTICA E TEORIAS DE GAUGE RESUMO/ABSTRACT INTRODUÇÃO CONSIDERAÇÕES GERAIS 1. Teorema Flutuação-Dissipação 2. Ruído Gaussiano CAMPO ESCALAR 1. Quantização 2. Regularização a. Regularizações Usuais b. Regularizações Estocásticas CAMPO DE GAUGE ABELIANO LIVRE 1. Abordagem de Parisi e Wu . . 2. Fixação de Gauge ELETRODINÂMICA ESCALAR 1 . 2. Quantização a. Abordagem de Parisi e Wu b. Fixação de Gauge b1. Fixação de Gauge na Ação . . . , b2. Fixação Estocástica de Gauge Regularização a. Dimensional b, Estocástica 53 55 55 64 64 66 70 70 74 CAMPO DE GAUGE NÃO-ABELIANO 1. Quantização a. Abordagem de Parisi e Wu ..... b. Ação de Fadeev - Popov C- Fixaçao de Gauge de Zwanziger 2. Regularização Dimensional a. Polarização do Vácuo b. (f F , > .... ' yv CONCLUSÃO APÊNDICES 81 83 83 88 92 95 95 98 101 A. Movimento Browniano B. Prova do Teorema Flutuação-Dissipação C. Outras Abordagens da QE D. Um exemplo; Xcp^ E. Equivalência entre a QE e a Teoria Convencional F. Correlação Escalar com Regularização Dimensional G. Polarização do Vácuo na Eletrodinâmica Escalar com Regularização Dimensional H. Polarização do Vácuo na Eletrodinâmica Escalar com Regularização Estocástica Analítica I. Polarização do Vácuo na Teoria Não-Abeliana com Regularização Dimensional ■ ^^yv ^?iX^ Teoria Não-Abeliana com Regularização Dimensional K. Algumas Integrais 1 05 1 25 127 1 37 140 143 1 48 1 52 156 165 1 74 REFERÊNCIAS 177 LEGENDA DAS FIGURAS FIGURAS 183 1 RESUMO. Apresenta-se a quantização estocástica tomando o Teore- ma Flutuação-Dissipação como guia. Mostra-se que a abordagem o- riginal de Parisi e Wu não dá resultados corretos para quantida- des invariantes de gauge com regularização dimensional. Embora exista uma solução simples no caso abeliano, é provavelmente ne- cessário partir de uma ação invariante de BRST (ao invés de in- variante de gauge) em uma teoria não-abeliana. Discutem-se tam- bém as regularizações estocásticas. ABSTRACT. Stochastic quantization is presented taking the Flutuation-Dissipation Theorem as a guide. It is shown that the original approach of Parisi and Wu to gauge theories fails to give the right results to gauge invariant quantities when dimensional regularization is used. Although there is a simple solution in an abelian theory, in the non-abelian case it is probably necessary to start from a BRST invariant action instead of a gauge invariant one. Stochastic regularizations are also discussed. 3 INTRODUÇÃO De nossas experiências cotidianas clássicas, isto é, com aparelhos de medição macroscópicos, desenvolvemos os conceitos "naturais" de números e funções reais. A mecânica clássica, que utiliza-os na descrição dos estados e das variáveis dinâmicas de um sistema, cresceu adaptada às imagens que formamos como resul- tado de tais experiências. Na origem da dinâmica de um sistema estão suas equações de movimento, que podem ser "derivadas" como equações de Euler-Lagrange de uma ação ou equações de Hamilton de uma hamiltoniana, nos dois formalismos mais comuns. No entanto, a investigação de fenômenos microscópicos,pe los mesmos aparelhos clássicos, mostrou que alguns conceitos eram inadequados na sua descrição. A causalidade presente nas equa- ções de movimento permanece apenas enquanto o sistema não é per- turbado; toda medida, entretanto, afeta-o, e introduzimos o con- ceito de probabilidade (enquanto característica intrínseca do pro cesso) de obtermos certos resultados experimentais. À receita para sua introdução, a partir da mais intuitiva mecânica clássi- ca, damos o nome de método de quantização. O primeiro de tais métodos [0.1] consiste, basicamente, em encarar variáveis canonicamente conjugadas como operadores li neares agindo sobre um espaço de Hilbert de estados, sujeitos a relações de comutação obtidas por analogia clássica. As demais variáveis dinâmicas e, principalmente, o hamiltoniano H se escre vem como as mesmas funções clássicas (a menos de problemas de 4 ordenamento) das variáveis canônicas. A evolução no tempo é go- vernada pelo hamiltoniano através de equações diferenciais (de Schrôdinger ou de Heisenberg). Alternativamente a esta formulação "harailtoniana", Feynman, seguindo idéias de Dirac [0.2], desenvolveu uma nova abordagem, "lagrangiana", em que a evolução é descrita por uma soma sobre to das as trajetórias possíveis, cada uma com um peso exp {i s}, on ti de S é ação (efetiva) do sistema clássico. Ambas as linguagens desenvolveram-se bastante, de forma complementar, aplicando-se a um sem-número de situações. Não obs tante, teorias de gauge foram sempre difíceis de quantizar, em função de uma super-descrição através de potenciais A®(x) : em função da liberdade de gauge, o número de graus de liberdade é menor que o número de componentes de potencial. Consideremos em primeiro lugar a abordagem canônica. A tarefa inicial é passar da ação clássica Sci = Jd°x Tr (X) para uma descrição hamiltoniana. 0 primeiro problema que aparece é que a lagrangiana é singular: não depende de 9^ e o momento canonicamente conjugado a A^ é nulo. Um caminho a seguir é se restringir, de antemão, aos graus de liberdade físicos, utilizando a liberdade de gauge (estamos face ao programa de Dirac [0.3] de quantizar sistemas vinculados). Por exemplo, começamos fazendo A^ = 0 e obtendo a lei de Gauss como um vínculo independente do tempo da hamiltoniana associada à No caso de uma teoria abeliana, como o eletromagnetismo. 5 podemos fazer a escolha do gauge de Coulomb 3.A. = 0 imediatamen te e em seguida quantizar o campo transversal ou seguir a ordem inversa restringindo os estados físicos. Para uma teoria não- abeliana o método complica-se devido à auto-interação e chegamos rapidamente a fórmulas intratáveis [0.4]. É interessante, entretanto, manter manifesta a covariân- cia de Lorentz da teoria, tratando as componentes do campo em pé de igualdade. Para tanto adicionamos à Sum termo de fixação de gauge s =J_ Jd‘^x 0^ a" (x))2 (com Ç um parâmetro real positivo), que modifica as equações de movimento. No caso abeliano isto permite generalizar de maneira direta e covariante o procedimento seguido no gauge de Coulomb, mas o espaço de Hilbert passa a ter métrica indefinida. Gupta e depois Bleuler [0.5] mostraram que a teoria de Maxwell é recupe- rada se impomos uma restrição sobre os estados admissíveis | P> da forma 9^a^ ^ |p) = o com A^"^ a parte de aniquilação de A^ .Ccxn isto a condição de Lorentz se verifica na média: = 0. Novamente uma teoria não-abeliana apresenta dificuldades adicionais. A sequência natural seria encarar os termos tri e quadri-lineares nos campos, presentes em , como uma perturba- ção aos N campos livres (quantizados pelo método de Gupta-Bleuler). Feynman [0.6] foi o primeiro a notar que diagramas com "loops" apresentavam problemas; devido à propagação longitudinal nas li- nhas internas, violava-se unitariedade e transversalidade. Novas 6 regras para diagramas com um só "loop" foram dadas pelo próprio Feynman e, mais detalhadamente, por de Witt [0.7], A quantização por integrais de trajetória permite genera lizar estas regras para um diagrama arbitrário. Não podemos, en tretanto, aplicar o método para sem considerações adicionais; a invariância de gauge implica um infinito adicional proveniente da contribuição igual de campos de uma mesma órbita de gauge (is to é, campos ligados por uma transformação de gauge). Novamente podemos abandonar de partida a covariância de Lorentz restringin do a integração aos graus de liberdades físicos, mas graças à Fadeev e Popov [0.8] temos um método direto de trabalhar com uma condição de gauge qualquer. Sua idéia é integrar apenas sobre uma superfície, como a dada por 9^A^(x) = B{x), B(x) arbitrário, que corte as órbitas de gauge uma só vez (a independência de B(jd do funcional gerador permite integrar sobre ele com um peso gaus siano). Agindo assim, obtemos justamente exp i { S + S }, mas ?T ganhamos também o determinante da matriz que mede a resposta da condição de gauge à uma transformação de gauge infinitesimaL Qu^ do o campo é abeliano, este determinante não depende do campo e pode ser absorvido na normalização; para uma teoria não-abeliana a expansão perturbativa na constante de acoplamento dá lugar a termos não-locais nos campos e é mais conveniente, então, intro- duzir campos escalares grassmanianos fictícios (os fantasmas de Fadeev-Popov), que interagem localmente com os campos de gauge. À ação resultante Sj_p, com a contribuição clássica, de fixação de gauge e de fantasmas, chamaremos ação de Fadeev-Popov. Recentemente este procedimento foi revertido [0.9] atra- vés de uma generalização da transformação de gauge, a transforma ção de BRST (Becchi, Rouet, Stora, Tyutin), em que os N parâme- tros locais de gauge são escritos como produtos de um parâmetro 7 independente do espaço tempo e N campos (fantasmas), todos gras- smanianos. Introduzem-se ainda outros 2N campos, N grassmania- nos (anti-fantasmas) e N reais (auxiliares). As leis de trans- formação de BRST são construídas de forma a assegurar sua nilpo- tência. Nós então tomamos os campos de gauge, fantasmas, anti- fantasmas e auxiliares como aqueles a serem quantizados. Defini- mos um espaço de estados físicos invariantes por BRST e construí mos a ação do sistema adicionando à lagrangiana clássica a trans formada de BRST de uma função dos campos da teoria (o que garan- te a invariância por BRST da lagrangiana total). Com algumas im posições gerais obtemos justamente a ação de Fadeev-Popov. A quan tização então prossegue pelo método canônico ou por integração funcional. Em resumo, procedemos à quantização encarando a sime tria de BRST como um princípio, como a versão quântica fundamen- tal da simetria de gauge. Temos, neste ponto, uma teoria de perturbação covariante para uma teoria de gauge. Evidentemente, o trabalho não está con pleto uma vez que os diagramas de Feynman são, em geral, diver- gentes na região ultravioleta, e demanda-se um processo de exibi ção (regularização) e subtração (renormalização) destas divergên cias. Com uma lagrangiana renormalizada invariante de gauge, a unitariedade da matriz S surge como consequência de sua unitarie dade nos gauges "físicos". São desejáveis, por isso, esquemas de regularização que respeitem a invariância de gauge. Nem todas as técnicas desenvolvidas para teorias escalares funcionam. Par ticularmente útil, por sua simplicidade, é a regularização dimen sional [0,10] em que se faz uma continuação analítica de dimen- sões suficientemente baixas ou complexas (em que as integrais con vergem) para a dimensão de interesse.;; O outro método invariante aplicável a teorias nao-abelianas é o de derivadas covariantes mais altas [0.11], uma generalização invariante do método de 8 inserir na lagrangiana termos em derivadas mais altas, aliado a uma outra generalização, no método de Fadeev-Popov. Apesar de tudo, um problema ainda persiste. A questão é que qualquer que seja o método de quantização seguido, canônico ou integral de trajetória, impomos uma condição sobre os campos (fixação de gauge) que supomos bem definida e não singular. Isto é, supomos que, dado um campo qualquer, existe apenas um outro campo em sua órbita satisfazendo tal condição de gauge (por exem pio, tendo uma dada divergência B(x)). Ocorre que Gribov [0.12] mostrou que isto em geral não é verdade em teorias não-abelianas, ao menos para os gauges de Coulomb e de Lorentz (neste último ca so, se a teoria é abeliana basta limitarmo-nos, como é usual, a campos que se anulam no infinito). Apenas quando trabalhamos com campos pequenos, próximos de A^ = 0 (isto é, apenas perturbativa mente), o determinante de Fadeev-Popov não tem autovalores nulos e a quantização covariante funciona. As regularizações acima são, portanto, também perturbativas. Em 1981, Parisi e Wu [1.4] propuseram um novo método de quantização, chamado desde então quantização estocástica (QE). A esperança era que, baseando a quantização apenas na equação de movimento clássica, a fixação de gauge não seria necessária e e- vitar-se-ia, assim, a ambigüidade de Gribov. Os caminhos para uma teoria não-perturbativa de gauge estariam abertos. Este trabalho pretende apresentar a QE em uma abordagem nova. baseando-se na física apreendida no movimento browniano, encaramos o Teorema de Flutuação-Dissipação como um guia. Em par ticular, vamos mostrar que aquela esperança não está, em princí- pio, justificada e a QE talvez só funcione, de fato, a nível per turbativo, em teorias de gauge. 9 Começamos no Capítulo I introduzindo o método e fazendo alguns comentários nem sempre claros na literatura. Esta discus são, bem como toda sequência,está fortemente ligada a lições que tomamos no caso simples de uma partícula executando movimento browniano (revisto no Apêndice A). O Apêndice B exibe a prova do Teorema utilizado ao longo do trabalho. No Capítulo II desenvolvemos a quantização de um campo escalar real, que é o caso mais simples e estudado. Muito do po- tencial da QE se torna claro, por exemplo, na possibilidade de regular a teoria convencional de maneira puramente estocástica Os Apêndices D e E ilustram alguns pontos. O Capítulo III generaliza a QE para um campo U (1) livre. No espírito da proposta original de Parisi e Wu sugerimos uma mo dificação na QE, na sua forma mais branda representando uma li- berdade até agora ignorada. Outros esquemas fixam o gauge. As idéias dos Capítulos precedentes se aplicam à Eletro- dinâmica Escalar no Capítulo IV. Utilizando os resultados obti- dos nos Apêndices F e G mostramos que a idéia original de Parisi e Wu só é compatível com a regularização dimensional senutiliza- mos a liberdade por nós assinalada. Como consequência a fixação de gauge estocástica também falha (a fixação de gauge na açãcv en tretanto, funciona). Utilizando o Apêndice H, mostramos que a regularização estocástica também não é, em princípio, adequada, com fixação na ação. 0 caso não-abeliano é tratado no Capítulo V. Confirmamos nossas criticas a abordagem de Parisi—Wu,utilizando os Apêndices 10 I e J, e investigamos a possibilidade de partir da ação te por BRST. Estes dois últimos são os capítulos centrais do O Apêndice C exibe abordagens alternativas a QE, to o K resume as fórmulas de regularização dimensional. O Capítulo VI é dedicado às conclusões. invarian trabalho. enquan- 11 CAPÍTULO I CONSIDERAÇÕES GERAIS Iniciemos com certa generalidade: consideremos uma teo- ria euclidiana de campos (bosônicos ou fermiônicos) reais^ cp^(x), 1 denotando um conjunto de índices (espaço-temporais ou internos), em D dimensões, x = ^i' descrita pela ação S[cp ] = S^ [cp ] + Sj [cp ] d^x (L|^ (cp ) + Lj (cp ) ) onde L^(cp) é a lagrangiana livre e L^((p), a interação. A nível clássico, a dinâmica do sistema está contida nas equações de movimento 6S[cp J = 0 ôcp^ (x) que podem ser obtidas pelo Princípio de Mínima Ação, Quantica mente todas as configurações contribuem para a evolução do siste ma; usualmente estamos interessados em calcular as funções de Green, que são os valores esperados no vácuo do produto de cam- pos e podem ser escritas como <0|T[cp^ (x (x )] |0> = /Dcp [cp (x ) ... cp fx )] e fi n i, 1 1 n 1 n -IS[cp] /D Cp e f) -J.S[cp] = N/Dcp[cp^ (x^) ... cp^ + Cartpos conplexos se constrc5em a partir destes. (1.0) 12 E bsstântB conhscidâ s snslogia sntrB Gsta formulação in tegral funcional e a mecânica estatística de equilíbrio. Ocorre que a medida da integral de trajetória (1.0) pode ser encarada co mo uma distribuição de Boltzmann com S no papel da energia poten ^ no da temperatura, kT. As funções de Green, que medem flutuações quânticas, são funções de correlação, ligadas a flu- tuações térmicas. [Digressão: Esta analogia entre um sistema estatístico clássico em D dimensões (espaciais) e um sistema descrito por u- ma teoria euclidiana de campos quântica também em D dimensões (u ma temporal e D-1 espaciais) pode ser formulada de maneira mais precisa introduzindo uma rede (hiper-) cúbica no espaço. Nas pro ximidades de um ponto crítico a magnitude do parâmetro de ordem ^ ^ estrutura (em particular, o espaçamento) da rede não são re- levantes, e o problema estatístico a temperaturas acima da críti ca pode ser tratado como uma teoria de campos. No caso estático [1-1, 1.2], tudo bem. Mas a que corresponde um fenômeno crítico dinâmico, em que o parâmetro de ordem relaxa vagarosamente para o equilíbrio, através de uma equação estocástica [1.1, 1.3] ? ] A idéia de Parisi e Wu [1.4, 1.5] foi generalizar tal formulação, interpretanto a densidade de probabilidade N exp como a distribuição de equilíbrio de um problema estatís- íi tico fora-de-equilíbrio que se desenrola em um "tempo fictício" (ou "tempo extra", ou "52 tempo", ou simplesmente "tempo") t, do qual o campo (clássico) também é função: cp^ = cp^(x,x). Talvez o exemplo mais conhecido de sistema em que ocorre relaxação para o equilíbrio seja o de uma partícula que executa 13 movimento browniano [veja Ap. A]. Postulamos então que o sistema de interesse está imerso, a partir do instante em um reserva tório térmico (D+1 )-dimensional à temperatura T~fi, com sua dinâ mica (no tempo t>t^) simulada pela equação de Langevin generali- zada Çj^(x,t) = 9cp(x,t) = di' / d'^y ^(x,y,T-T') 6S[cp] + 6cp^(y,T') (1.1) onde 5S[cp ] =;-DriDcp°A[n ,cp°] P([n],T) p[cpO] , (T^2) onde P ([p],x) e P[cp ] são as densidades de probabilidade de ob- termos as configurações n(x,T*), e cp°(x), respectivamen te, Dç = TTDcpJ é a medida D-dimensional de cp° e 'Dn, um produto das medidas D-dimensionais usuais, -Dh = lim í tt (x . ) com p^(t. ) i=l 1 + Enfatizemos que basta conhecer a equação de novimento; não precisamos conhe 14 3S configuirâço0S nos N tempos em ejue foi ciividido o intervâlo a X, Em particular ,T>Tq. (1.3) Podemos introduzir maneiras alternativas de escrever as médias (1.2). Seja Bícp’^, cp° ] um funcional qualquer dos campos que satisfazem (1.1). Definimos a ação de FoJclí^er - PlancJc Sj.p( [ cp ] , t ) pela integral de trajetória (D+1)-dimensional < B[ = /Dep cp (X ) ... cp (x ) P([cp],x) (1.6) 1 n I n desde que p([cp],x) = <ô(cp^(x) -cpj(x,x))> = = /'Õn Dcp° ô(cp^ (x)-cpj^ (x,x)) p([ti],tO P[cp°] = 15 = /5cp 5(9^ (X) 9;^(X,T)^ p[cp°] 2fi S[cp°] ‘kp G9],T') S[9(T')] ,T' >T (1.7) De modo análogo, podemos construir probabilidades conjuntas de obtermos várias configurações em diferentes instantes e, a par- tir destas, as probabilidades condicionais. Tratam-se de exten- sões diretas das probabilidades introduzidas no movimento brow- niano [Ap. A]. 0 método de quantização estocástica (QE) se traduz pela expressão lim P ( [cp] , t) = Ne“^ S[n] ^ ao menos no sentido fraco, em que as funções de Green (1.0) são obtidas como limite das funções de correlações (1.6), isto é,das médias de produtos de campos que resolvem a equação de Langevin generalizada, a tempos iguais^: lim <9^ (x^,T) T->-cxj ^ > = <0|T [t/(x ) ••• 9^ (x)]|0> . (1.9) Tal propriedade não é automática: depende de características da força aleatória, que examinaremos a seguir. Impomos inicialmente que sua média seja nula, = 0. Por isso (1.3) torna-se <9^(x,Tj^)n^, (x',T)> = 0 , T>T^ . (1.10) + No caso de teorias de gauge pode ser vantajoso requerer que apenas q-oanti- dades invariantes de gauge corpartilhem esta propriedade. 16 1.1 Teorema Flutuaçao - Dissipação (TFD) Por definição [p. ex.,A.2], um estado estacionário é tal que, quando o sistema é preparado inicialmente nele, a distribui ção P[(p°] garante que as correlações não são afetadas por uma translação no 52 tempo: = 1 2 n = <1-;^. d.n) Em consequência, o instante é arbitrário e não precisamos to- mar o limite TH-oo a fim de obter a situação de equilíbrio: p([9], t) = p([cp]) . Quais as condições sobre a correlação da força aleatória em dois instantes. = (x,x',T,T')>0 , que devemos impor de forma a permitirmos a existência de um esta do estacionário? A resposta vem através do Teorema Flutuação- Dissipação em sua forma clássica, Se é um polinômio em cp podemos estender a derivação ôcp de Kubo [A.4] do TFD, como exibimos no Ap. B. Enunciamo-lo como: a condição necessária para que a equação de Langevin generaliza- da (1.1) sujeita à condição (1.10) admita um estado estacionário e que 17 RjJx,y)Rj,^,(x',y) x.„, (y,y = |,_,2) ,D - Jd 2 (e(T-T’)K,„(X,Z,T-T') < 6S[(p) (p^. (x’,T|j)> + S( T '-T jK^ , ^ (x', 2, T '-T ) « > . 6 =fi6^^,ô(z-x') 6 n.i3] < cp^(x,T^) 6S[cp] > = +fiô^^ô(x-z) ôcPn(z,T^) fazendo 6S[cp] exp {- 2 S[cp°]} = -fi 6 exp Ô9m(x,To) fi uma integração por partes; o sinal positivo se aplica para um campo bosônico e o negativo, para um grassmaniano. Estamos supon do nestas relações que cp^ não é cíclico, isto é, que 6S não é ■ identicamente nulo. Então (1.12) se reduz a ;dVd^’R^Jx,y)R^,^,(x-,y-)x^^.(y,y-,T,T-) = (1.14) = Íi[0(t-t')K^^,(x,x',t-t') + 0(t'-t)K^.^(x',x,t'-t)] com não cíclicos. Como poderia ter sido esperado, o ca- ráter quântico (materializado em fí) aparece através do ruído. Ao longo deste trabalho retornaremos ao TFD aplicando (1.12) e (1.14) a casos particulares. 18 Gaussiano: Markoviano 0 Não—Markoviano De forma a determinar completamente o processo, precisa- mos impor o valor das médias de produtos do ruído em mais que dois instantes. Para manter a propriedade de decomposição de Wick, (1.15) ... (^o ^ ~ f(£) í^n íx T^n ÍX T A 1--I 1 1 l2n ' permutações ' p' pares '^''1. v • onde e é o sinal da permutação e ir f (e Existindo a inversa x 1 e P -1 para para bosons férmions . é direto verificar que a distribuição de probabilidade P[n] é gaussiana -1 r ,D Pín] Ja x^/d (X^,T^ .(1.I6I <’'2’V Desta forma a correlação de p em dois instantes determi— na todo o processo. Se se anula, o processo se desenvolve como se não houvesse ruído algum. Tal acontece se fazemos a configuração clássica cp^^(x) é solução da equa- ção de Langevin generalizada. 21 CAPÍTULO II CAMPO ESCALAR O caso de um campo escalar real sem simetria interna é o mais simples e, consequentemente, o mais bem entendido. Nele o procedimento original de Parisi e Wu se aplica diretamente e al- gumas das potencialidades do método se evidenciam. Aqui enfati- zaremos a abordagem perturbativa via equação de Langevin, cujos aspectos essenciais aparecem na quantização de outras teorias,co mo as de gauge. Pinceladas das outras abordagens (equação de Fokker - Planck e representação integral de trajetória) se encon tram no Ap. C. II.1 Quantizaçao Comecemos da maneira mais simples [1.4]: concentremo-nos em um processo markoviano e estacionário. Isto significa tomar K(x, y, T-T') e X (x , y, t, t') com dependência ô(t-t') nos tem- pos e relacionar suas dependências em x e y com R(x, y). Esco- lhemos partir da equação de Langevin X, x) = - 6S[ cp] + n(x, t) , (2.1) 3t Ôcp(x,T) o que implica^ + Daqui para frente ft = 1 19 (HjjjÍXjT) n^(x',T')) é função do tempo apenas na forma |t-t'|, assim são todas as demais correlações e n é dita variá- vel estacionária. Ademais, se esta dependência é via ô(t-t'), a variável é markoviana. O processo, entretanto, só é dito (imprecisamente) esta- cionário (quando admite estado estacionário) e markoviano ("sem memória") dependendo dos núcleos da equação de Langevin. 22 = 26(x-x')ô(t-t') , (2.2) se desejamos o equilíbrio dado por N exp {-S} . Estamos aqui nos restringindo à uma ação do tipo S = /d°x {è(a cp(x))’ + Im^çMx) + E 1 g cp^(x)} r>3 r! (2.3) onde g^ são constantes de acoplamento. É conveniente tomar a transformada de Fourier"^, (2.1) se escrevendo como 9cp(k,T) 9t - (k*+m*)cp(k, t) + - ^ ...J d^k^ ^ (27T)°6(k-k^ r (r-1)! (2TT)'' (2tt)' com . cp(k^,T) ... p'“'(k ,t) j=1 ^ J ,(0),,. (k,T) - ^ 1 g^Jo dt G(k,x-t) Jd°ki ... J d°kr_i (2TT)°ô(k-k^-.. .-k^ r (r-D! (27T)° ' (2tt)^ ij >0 j 24 A solução de (2.7) é Cp’^(x,T) = Cp^°Nx,T) + CP^’^X,T) + ... + + ... (2.9) Podeinos esc]reve~l3 de rnaneiirs inais conveniente atjravés de regras de Feynman estocásticas de árvore [Fig. 2.1a]. Denote mos a função de Green G por uma linha, o ruído por uma cruz,a con dição inicial por um círculo e a interação por um vértice, e con vencionemos integrar sobre momentos de vértices e tempos de cru zes e vértices (devido ao 0(t) em g(k,T) estas integrais tempo- rais são ordenadas: o limite superior de integração é o 5e tempo do vértice precedente). As funções de correlação se obtém agora tomando as médias sobre produtos de soluções (2.9). A média sobre o ruído é dada por (1.15) e (2.2): temos que ligar as cruzes duas a duas de to das as maneiras possíveis. A media sobre cp (k, 0) é dada prescre vendo a distribuição P[cp°j. Observemos a função = de correlação de dois pontos livre: -(k^+m^)T-(k'^-tín^)T'/ ,, e + + (2TT)°Ô(k+k') D(k,T,T') (2.11a) 25 D(k,T,T-) = 2 G(k,T-t) G(k,T'-t) = -(k^+m^) |t-t'1 -(k^+m^)(T+T')']. = -J le - e kW (2.11b) Facilmente vemos que no limite t = t'-»•<» recaímos justamente no pro pagador de Feynman ] , independentemente das condições ini- k + m" ciais. Note que, se a distribuição de cp inicial é a de equilí- brio. D(k,T,T’) 1 , 2 2 k +m (2.12) exibindo a estacionariedade do processo. Isto é equivalente a trabalhar a tempos grandes com qualquer condição inicial. Em função do amortecimento gerado por G(k,x) em (2.7) ve mos que, de fato, a contribuição das condições iniciais desapare ce em todas as funções de correlação a tempos grandes. Na medida que estamos interessados em recobrar a teoria convencional, pode mos sem perda de generalidade fazer Cp (k,0) = 0 (2.13) Neste caso podemos escrever diretamente as regras de Feynman estocásticas de correlações [Fig. 2.1b]. Os diagramas es tocásticos Sj. associados à (cp’^(k^,x^) cp^^ík ,x )) dos pela receita [2.1, 2.4, 4.4]: sao construí 26 1) Desenhe todos os diagramas de Feynman ordinários F, correspon dendo à cada vértice r um fator - ^ , a cada linha um momen- r! to (conservação observada), a cada "loop" uma integração e ao diagrama como um todo um peso topologico, da maneira usual. Em particular valem as relações L - I + V = 1 l rV^ = n + 21 > (2.14) entre o número de "loops" L, o número de linhas externas n e internas I, o número de vértices do tipo r e o número to- tal de vértices V. 2) Distribua cruzes pelas linhas em cada diagrama F - obtendo as sim linhas cristãs (com cruz), E externas e I internas, e c c linhas agnósticas (sem cruz), E^ externas e internas - de forma que cortando todas as linhas cristãs obtemos n árvores, isto é: a. todo "loop" tem ao menos uma cruz; b. dois pontos extremos não podem ser ligados por um cami- nho de linhas agnósticas; c. com excessão do diagrama que tem apenas uma linha (cris- ta) , qualquer cruz pode ser ligada a um extremo por um caminho de linhas agnósticas: 2 l • (2.15) 27 A cada F temos, portanto, uma coleção de diagramas S^. que di- ferem pela disposição das cruzes; mas, como há uma correspon- dência bi-unívoca entre linhas agnósticas e vértices (prove- niente dos diagramas de árvore). + Ia = 'I ' (2.16: O número de cruzes é fixo: de (2.14) C = E^+I^ = n + L- l (2.17) 3) Associe a cada vértice um 5^ tempo: a. b. aos externos, os tempos fixos T.,j = 1,..., n aos interno^ tempos a serem integrados, do tempo inicial a um 55 tempo de vértice vizinho, de forma que encontra- mos sempre uma sequência crescente de tempos no caminho agnóstico que leva de um vértice a um extremo. Quando = x, j = 1,..., n, pode ser conveniente orde- nar temporalmente todos os vértices; neste caso conven- cionamos um ordenamento entre os vértices ligados por li nhas cristãs (compatível com 3b) e a amplitude do gráfi- co se decompoe na soma dos possíveis ordenamentos. 4) Associe a cada linha ligando dois vértices, de tempos x e x , por onde flue momento k. a função de Green G(k, \ I agnóstica 28 b. o propagador livre D(k,T^,x^), se cristã. A contribuição de um diagrama arbitrário S^. será então da forma 'Jiíi ^ (2tt) V TT F k=1 F J(k ,q Tj (2.18) onde são os momentos internos independentes, os fatores ad vindos dos vértices e J(kj,q.,T.) = Jkil 'tm ' ' <2-19) com 1^, 1^ (m^,m^) denotando os momento Qj^(Q^) (uma combinação vértices vizinhos linear de q^,k^). à linha 1(m) de A tempos grandes J(kj,qj,T. linhas internas Q ^+m m 2 (C^+it.^) y TT G(k ,T -t ) D(k ,T -t ) . (2.20) linhas j j j. ± externas Façamos agora, neste limite, todos os x. iguais a x. Fi xemos um ordenamento temporal 0Xq^. Retendo apenas os termos dominantes quando X-»-a>[note que os termos de linhas exter- nas não são afetados; por exemplo, t -t = t - —- 1 1 1 —j— ^ 1 ^^3 X T ~ t.-T], encontramos 3 ^ M - -2 (I^ + V - 1 ) . (2.27) 0 mesmo resultado pode também ser obtido de (2.24) lembrando que, como nao alteramos os momentos externos, as cruzes de linhas ex- ternas e o produto da última integração não contribuem para M. Reunindo (2.25) e (2.27), e usando (2.16), 0) = DL - 21 - 2(E^ - 1) . (2.28) Mas e DL-2I é o grau superficial de divergência do diagrama convencional associado: os diagramas estocásticos divergem me nos que os convencionais. a. Regularizações Usuais Este resultado vale, em particular, para os diagramas primitivamente divergentes. Isto sugere que os métodos tradicio nais de regularização podem ser aplicados com sucesso à teoria es tocástica, pelo menos no caso escalar. 34 Estaremos interessados sobretudo na regularização dimen- sional por sua facilidade operacional e respeito à invariância (fe gauge na teoria convencional. Agui este esguema funciona da mes ma forma [0.10]. Tomamos as integrais sobre momentos de "loops" gue são divergentes no ultra-violeta na dimensão D de interesse (deixamos o 5— tempo intocado)j definimos todos os momentos e produtos escalares para dimensão real positiva gualguer; de algu forma definimos a integral em uma região finita do plano com plexo D, gue coincida com o valor usual para dimensões inteiras, guando finito; por fim fazemos uma continuação analítica para to do o plano complexo e a divergência aparece como pólo na dimen- são . Duas observações fundamentais são gue permanecem válidas nas integrais regularizadas: i) a álgebra vetorial e ii) pro- priedades de linearidade, escala, invariância translacional e co variância rotacional (e, por tudo isto, mudanças de variável de integração). Em consegüência, as provas de eguivalência da série esto cástica e da usual permanecem inalteradas. b. Regularizações Estocásticas Uma das lições do TFD é a observação clara gue a teoria guântica, isto é, a distribuição de eguilíbrio exp (-S), surge da interrelação entre o ruído e a força de atrito. Sabemos, por ou- tro lado, gue a teoria guântica é contaminada por divergências nas funções de correlação. Para suprimí-las, podemos pensar em 35 modificar a força aleatória em (2.1) ou (2.2) e/ou a força de a- trito em (2.1). A isso chamamos regularizações estocásticas. Se modificamos ambas, ainda satisfazendo o TFD, um equi- líbrio pode ou não ser atingido. No último caso, as condições i niciais são determinantes e a evolução do sistema é, em geral, com plicada, mas pode eventualmente ser utilizável. Na primeira al- ternativa, não conseguimos regularizar todos os diagramas. Tome, por exemplo, o diagrama tipo "tadpole" [Fig.2.3a]. A linha do "loop" é cristã, já sabemos, e sua contribuição é L (2tt)‘ D (k,T,T) (2.29) onde T é o tempo do vértice. A tempos grandes D(k,T,T)~ 1 _ k * + m * se obtemos o equilíbrio usual. para D^2 temos uma divergência UV. A única maneira estocástica de regularizar tal tipo de ter- mo é modificar o limite de D, Tem-se utilizado a modificação na força aleatória,embora a modificação na força de atrito possa até ser superior, pois al tera, a nível gráfico, tanto as linhas cristãs quanto as agnósti cas. Para ilustrar a idéia, seguimos a literatura. Introduzi mos um parâmetro A que, no limite permite recobrar a teoria original, não-regularizada. Embora não tenha sido a primeira abordagem, a mais natu- ral parece ser a modificação no setor espaço-temporal do ruído. Sem mexer no caráter gaussiano, podemos introduzir em (2.1) um nú cleo R, 36 BcfeT) = - 5S[cp] +|d°y R^{D^)n(y,T) (2.30) 9t Ôcp(x,T) onde °xv " J _3_ ô(x-z) ô(z-y) , (2.31) 9x 9z M y não alterando (2.2) [2.5], ou deixar (2.1) intocada e fazer = A^(x-x')ô(t-t') (2.32) ou, no espaço dos momentos. = A^(k)(2TT)°6(k+k')Ô(T-T') . (2.33) Ambos os procedimentos são equivalentes aqui pois podemos redefi nir em (2.30) o ruído como /Rr). No limite A->-oo, lim A^(k) = 2 . A -> oo Está na escolha de A^(k) (ou de R^) a regularização: po demos repetir a expansão perturbativa de árvore (2.10) e as re- gras de formação de diagramas de correlações, em particular que todo "loop" contém uma linha cristã, agora associada à D(k,T,T') =AA(k) 1 2 k^ ^ -(k^4m^)It-t' le -(k^+m^)(t+t') e (2.34) ao invés de (2.11). 37 A dependência de A^(k) em k deve ser tal a atenuar o com portamento das integrais a altos momentos. Talvez a forma mais simples seja A^(k) = 2 0(A-|k[) (2.35) e A fará simplesmente o papel de um corte em momentos |p|>A . Es te regulador é útil também a nível não-perturbativo [2.6]. Outra escolha é [1.5, 2.5] A^(k) = 2 ^ A^ ^ v‘ y onde m é um inteiro positivo. (2.36) Este método tem a característica agradável do processo permanecer markoviano e, portanto, fácil de lidar: a dependência no 52 tempo é a mesma do caso não-regularizado, e (2.24) deve in cluir a mais apenas um fator A^(p) para cada cruz. Escolhendo m em (2.36) suficientemente grande devemos poder regularizar todos os diagramas; para o "tadpole", por exemplo, basta fazer m>D-2 . Não é claro, entretanto, para que teoria regularizada tende o processo estocástico. Este esquema de regularização não foi, entretanto, o pri meiro a surgir. A primeira proposta de regularização estocásti- ca (até hoje conhecida por este nome) [2.7] consistiu em abando- nar o caráter markoviano da força aleatória sem introduzir um nú cleo de memória na equação de Langevin. (2.2) passa à 38 = ô(x-x')3^(|t-t'I) (2.37) e (2.5) à = (2TT)°ô(k+k') b^(|t-t'|) (2.38) onde 3^(|t-t'|) é uma função positiva suave que se concentra em torno de zero, e lim 3^(|t-t'|) =2 6(t-t') . (2.39) A 00 A motivação para tal procedimento parece ter sido dupla; i) solucionar as inconsistências de processos markovianos [Ap.A]; ii) preservar todas as simetrias da teoria com o argumento (tal- vez ingênuo) de que estamos regularizando-a sem perturbar o se- tor espaço-temporal. Esta esperança gerou um grande interesse pelo caráter o- peracional do método, em particular com respeito à invariância de gauge [ver Cap. IV], ao mesmo tempo que obscureceu alguns de seus problemas. 0 caso é que, abandonando o abrigo do TFD, estamos ex postos a toda sorte de perigos: a evolução em t torna-se muito mais complicada, as integrações temporais não se limitando a ex- ponenciais como antes. Em particular, não vale a prova do Ap. E. Pior ainda, não há um estado de equilíbrio: a teoria quântica re gularizada é, na melhor das hipóteses, um estado assintótico [ve ja um caso simples no Ap. Aj. As implicações disto não são cla- ras, mas envolvem a questão de o que significa t->oo (e depois A-^) , já que se o sistema é preparado inicialmente no estado dado por exp (-S), ele o abandonará. 39 Vamos doixar, ao menos por hora, tais problemas. Novamen te podemos repetir a expansão perturbativa da equação de Langevin e utilizar as mesmas regras de Feynman, onde agora à linha cris- tã associamos D (k,T,T') -(k^+m^)(T-t) dt' B^(|t-t'|) e -(k^W) (x'-t') e = Io ® ir ®' 6„(|t-t'|) e -(k^-tm^) (T+T') Ba(|E|) _e iET-(kW)T' dE [2tt) E^+(k^-Hn^)^ _e iET'-(k^W)x ^ -(k^^+m^) (x+x’) 2, 2, onde + 00 C -lEt 3JE) = J dt e 3^(|t|) (2.40) (2.41) ■ -CO é a transformada de Fourier do regulador. Novamente cada "loop" tem ao menos uma linha cristã e a potência extra de k^ no denominador em (2.40) permite a redução de dois graus na divergência, se 6(E) vai a zero para grandes va lores de E. "Loops" logaritmicamente divergentes são feitos fi- nitos, mas já divergências quadráticas são mais difíceis de se- rem tratadas. De fato, em D = 4, (2.29) com (2.40) resulta, in- tegrando em k e mudando para variáveis t = T- T' eTÍ=T + T' 2 L = 1 (4tt) ._x 2 dif 0 2 TT ~ dt + - 27T ^dTT 2(x-tt)j~ 1 _-2Trm^ dt 2 (TT-X ) 3. tl ) (4i) ^ ^ (2.42) A contribuição dominante vem da região em que tt«0 ; então. com £<0. A regularização estocástica não-markovia- na não pode ser utilizada não perturbativamente em teorias com divergências quadráticas [2.7, 4.5]. Para prosseguir devemos fazer alguma escolha de regulado res. Basicamente dois tipos têm sido usados. De um lado, a fa- mília [1.5, 2.7] SAmiM) = m! (2.45) e, em particular. (2.46) Por outro, a transformada de Mellin (que transforma a a- nálise do comportamento assintótico em um parâmetro grande na das singularidades do plano complexo de um parâmetro diferente) de (2.46) (£->-0 quando A->- “ ) f T ) = ET iE-1 (2.47a) 41 3g.(E)= 2e|E| ^ r(E)cos ctt (2.47b) chamada regularização estocástica analítica [2.8]. Para uso fu- turo damos aqui o propagador (2.40) associado. Não é difícil, com o uso de uma tabela de integrais, encontrar sua forma exata. Restringiremo-nos entretanto à sua forma a tempos grandes : D(k,T,T') = ^ ^ ix(k^+m^) ,, 2, 2> 1+ e (k +m ) -00 TT 1 +x 2, 2,1+e (k +m ) (2.48) £ 2 (k^+m^) |t-t'I -(k^ +m^) |t-t' Eí(-|t-t'I(k^4m^))-e \ \ Ei( |t-t' I (kW)) + O(e^) onde C é a constante de Euler - Mascheroni e Ei(x), a função ex- ponencial integral. + usamos [H.1, pag. 421] /q ^ COS ax dx = r (y ) cos ££ (a > 0,0 < Rey < 1) ++ usamos [H.1, pag, 598] al* 2 •C—^ Inax cos bx dx = £ e"‘^^'ln(a6')+£ [e*^'Ei(-bB')-e"*^’ Ei(b6')] B^x^ 2 4 fR'=cirTn R K'.n ^ A3 CAPÍTULO III CAMPO DE GAUGE ABELIANO LIVRE A QE foi introduzida por Parisi e Wu para quantizar teo- rias de gauge sem fixação de gauge. A idéia é simples: intro- duzimos uma distribuição integravel no tempo t finito que no li- mite X o° forneça resultados bem definidos para quantidades in- variantes de gauge. Desde então muito tem sido feito, em especial para teo- rias escalares. Vimos, em particular, que se pode provar que os diagramas estocásticos são menos divergentes que os de Feynman topologicamente equivalentes, e eles se somam na série usual. 0 programa segue através da regularização por procedimentos usuais ou estocásticos. Se estes resultados se aplicam a teorias de gauge é ain- da um problema aberto. Neste capítulo iniciamos sua análise, no caso simples da quantização de um campo abeliano livre. Conside ramos tanto a abordagem original quanto a fixação de gauge. Tentamos nos manter fiéis às lições tomadas no movimento browniano. 44 III.1. Abordagem de Parisi-Wu Vamos proceder no espírito original da QE [3.1.]. Gene- ralizamos o caso escalar da maneira mais direta possível: a di- nâmica do campo de gauge U(1) A^(x,t) no tempo extra t sendo da- da pela equação de Langevin 9t com ti^{x,t) uma variável aleatória gaussiana de média zero satis fazendo o TFD (1.12), isto é. = f<-3\p+yp) + 19 f » (3.2) onde A^(x,t^) é resultado de uma distribuição estacionária. A invariância de gauge cobra seu preço. Graças a ela existem variáveis cíclicas, isto é, variáveis que não aparecem na ação S , = / d^x (d A (x)-3 A (x)V y V V y j cl (3.3) que fornece as equações de movimento utilizadas acima. Para tra tá-las é conveniente trabalhar com a transformada de Fourier A ^ (k,T) e suas componentes transversal A^ (k,T) e longitudinal y y A ^ (k , T ) f y onde P (k) yv = 6 - k k yv y V P , (k) yv k k y V > (3.5) são os respectivos projetores. A equação de Langevin se decompõe em duas partes funda- mentalmente diferentes: enquanto a transversal é simplesmente u ma equação de campo escalar (sem massa), 9Au(k,T) = -k^A^(k,T) + n^(k,T) , (3.6) 3t a outra não tem atrito, 3Ajj(k,T) = nJ^(k,T) . (3.7) 9t No caso escalar vimos que o equilíbrio correto existe, independente das condições iniciais, se o ruído é markoviano. A eq. (3.6), através de (3.2), permite-nos 1) fazer =2P^^(k) (27i?5(k+k')6(t-t') (3.8) 46 e 2) esquecer a condição inicial (isto é, usar (k,0) = 0) sem perda de generalidade, e assim atingir o equilíbrio dado por(3.3). A observação fundamental é que, sendo cíclicas as compo- nentes a|^ (k, t), o TFD exige = 0 . (3.9) Estamos aqui face ao conhecido resultado que uma equação como (3.7) não tem uma distribuição de equilíbiro bem definida:é o que ocorre com a coordenada na teoria de Einstein da difusão [ver Ap. A]. Mas talvez a estacionariedade não seja realmente funda- mental, ao menos quando relacionada às componentes longitudinais. Algue'm pode dizer que estas são não-físicas no limite t oo e não precisamos exigir qualquer bom comportamento de sua distribuição neste limite. Por este ponto de vista, impondo (3.9) estamos sendo mui to severos: estamos livres para escolher qualquer correlação pa ra n|^ desde que quantidades invariantes de gauge, que são as que têm sentido físico, não tenham componente longitudinal no limi- te de tempos longos. Por simplicidade consideramos markovia no também, mas deixamos livre , por enquanto, um parâmetro a > O"*^: = apj^^(k) (2tt)° ô(k+k') 6 (t-t* ) . (3.10) + a poder ia ser, inclusive, dependente de um parâmetro de gauge. hl Além do mais, a condição inicial longitudinal não é esque cida; a propriedade de decomposição de Wick aliada à invariância relativística impõe [3.2] - I í k 2 ,, 2> p (2tt) Y (k ) P[5Z^(k)] , Y(k ) > 0 -lí k ^ (2tt)° y (k^) ;d ^ e ou P[jZÍ(k)] = 6[jZÍ(k)] (3.11b) onde «í» (k ) = e y( k*) é uma função real. Em parti- M M cular = Y(k^) kuky (2TT)°Ô(k+k') y o o (3.12) Se não queremos introduzir parâmetros com dimensões, Y^k*) deve ser uma constante Ç real, 0, = ^ (2ti)'^ 6(k+k') (k^)^ (3.13) De fato, vamos partir de (3.6) e (3.7) e seguir os pas- sos do Cap. II. A função de Green retardada da primeira é 48 (k,x) = (k,T) 0(t) yv yv com G ^ (k,x) = (k) e yv ' yv (3.14) e a da segunda, ® ^ G^(k,x) = ep''(k), e = yv ' yv ' 0 se a = 0 1 se a + 0. (3.15) Como consequência, a solução pode ser escrita como A^(k,x) = dt G^^(k,x-t)n^(k,t) + A^k,0) , O (3.16) (3.17) já desprezando as condições iniciais transversais. O propagador (livre) é obtido diretamente de = (2tt)° ô(k+k') D ^^^^(k,x,x'): yv' yv' ■yv' ■yv' Ç_ + a min(x,x') N<2 (3.18) usando (3.8), (3.10) e (3.13). No limite de tempos grandes lim D '> " -L e ' + P[]^(k) f _1 + a min(x,x') T,x'h-oo k^ Ix-x'I fixo (3.19) 49 e a tempos iguais lim T=T '-»• oo = 1 r ,, ^. k k JLV + a ^\i^v T. (3.20) Este é simplesmente o propagador de Feynman em um gauge covariante fixado por Ç somado a um termo divergente caracterís tico de um processo de difusão ilimitado. Este último termo é consequência direta da invariância de gauge e de não respeitarmos o TFD (se a = 0, ele desaparece). Na literatura sempre foi tomado a = 2, que parece a generalização mais direta da correlação escalar (2.2). Tem sido argumentado que, sendo um termo longitudinal, não deve contribuir para quan- tidades invariantes de gauge. Isto é verdade no caso livre, já que podemos escrever F em termos de apenas (e qualquer cor relação invariante de gauge sem nenhuma integração temporal além das já realizadas em D ) . y V No caso interagente, entretanto, o cancelamento da con- tribuição de tais termos está longe de ser óbvio. Analisaremos esta questão nos capítulos seguintes. Por hora, acrescentemos que, desde que consigamos nos li vrar de tais divergências temporais, temos um método de quantiza ção de teorias de gauge muito elegante. Pois neste caso a fixa- ção (isto é, a quebra da invariância por transformações) de gau- ge é naturalmente introduzida através das condições iniciais^. + vamos nos referir (imprecisamente) a esta abordagem ccxno sem fixação de gau ge, em contraste cati as demais. 50 III.2. Fixação de Gauge Podemos evitar o problema da difusão infinita nas variá- veis longitudinais abandonando o programa inicial de quantizar a teoria a partir de sua equação de movimento clássica d = o : . 6a p nós fixamos, de partida, o gauge. Ha diferentes procedimentos pa ra fazê-lo, que no caso livre resultam no mesmo. Vamos discrimi ná-los no caso interagente [ver Gap. IV e V]; aqui limitemo-nos a examinar as consequências da introdução de um atrito longitudi nal 1 3 3 A r'um parâmetro positivo, em (3.1): y V V 9A (x,t) y = 3t '3^ô - (1- 1 )8 9 ■ yv y V A^(x,t) + ri^(x,T] (3.21) ou 9A^(k,T)'= -k^A|^(k,T) + nJ(k,T) (3.6) 9t 9Aj^(k,T) = - ki Aj^(k,x) + nJ]{k,T) (3.22) no espaço dos momentos. Agora as componentes A não mais são cíclicas e o TFD indica (3.8) e (3.10) com a = 2 como asHicorrela ções de e y'". Entretanto, para uso futuro e com o argumento já utilizado, mantenhamos cx arbitrário. Graças ao atrito podemos desconsiderar também as condi- ções iniciais longitudinais e escrever (3.16) com 51 A‘'(k,0) = 0 M (3.23) G (k,T) pv ' 2 - — ^ (3.24) ao invés de (3.17). 0 propagador, por sua vez, é -k t-t' - e -k (t+t') + + a P (k) -k ^n-T'| (t+t') -e (3.25) de onde lim |t-t'I fixo D^^(k,T,T') i pNk) e-x^y-''! ^orp;; (k) , 2 ^ 2 ^ (3.26) lim " -L ) o H ,.5 (3.27) que é justamente o propagador convencional com parâmetro de gau- ge Ç = aV . 2 53 CAPÍTULO IV ELETRODINÂMICA ESCALAR O passo seguinte é abordar interações do campo de gauge abeliano com campos de matéria. Por seu interesse, a eletrodi- nâmica quântica seria a candidata natural. Ocorre que a QE se complica ligeiramente quando temos férmions de Dirac: mais que o caráter grassmaniano do campo, é a não-positividade de ôs que de 6\[i ~ manda modificação na equação de Langevin (usualmente a introdu- ção de um núcleo na força de atrito - markoviano e satisfazendo o TFD - ou a duplicação do ruído) [1.5, 4.1, 2.7]. Para evitar adicionar problemas à questão da quantização de teorias de gauge escolhemos trabalhar com a eletrodinâmica es calar. Estudamos tanto a abordagem original de Parisi - Wu quan to as diferentes fixações de gauge, regularizando a teoria dimen sional e estocasticamente. Seja cp um campo escalar complexo em interação com o cam- po eletromagnético A^; a nível clássico o sistema é descrito pe- la ação invariante de gauge S^^=Jd x| mV(x)cp(x) j> (4.1) D y ie A. onde 54 Quando introduzimos o 5^ tempo x, alargamos o espaço so- bre o qual estão definidos os campos. Podemos generalizar as transformações de gauge considerando um parâmetro de gauge real T-dependente 0(x,t); definimos novos campos [4.2] A^(x,t) = A^(x,t) + 8^ 0(x,t) ., ^ ie 0(x,t) , , ç' (x,t) = e cp(x,T) . (4.2) Quando 0 (x,x) = 0(x) reduzimo-nos às transformações de gauge usuais. Creio que tal generalização é a chave para entendermos muitos as pectos da dinâmica (de Langevin) de teorias de gauge. Seguindo Parisi e Wu [1.4], dados A^(x,x) e cp(x,x) defi- namos as quantidades A^(x,x) = y d° k ikx ,T,, , e A (k,x) y ' (4.3a) a(x,x) d°k e^".^ (2tt)° ^ ik ^ A (k,x) y V , / (4.3b) e 9 T, , -iea(x,x) , , (x,t) = e cp(x,x) (4.3c) Perceba que A^ (x, x) e cp^(x, x)são invariantes de gauge, no sen- tido generalizado: a(x,x ), que é essencialmente a|^ (x, x ) , carre- ga toda indefinição de gauge. A ação ^invariante de gauge, depende apenas de A^ e cp^. IV. 1 Quantização vimento 9A^(x,t) 9t 9cp(x,T) 9t 9(p (x, 9t a. Abordagem de Parisi e Wu No espírito original [3.1], partimos das equações de mo- clássicas e obtemos as equações de Langevin = ■ ie(cp*(x,T)9^cp(x,x) - -cp(x,x)9 cp (x,x)j - 2e"A (x,x)cp (x,x)cp(x,x) + n.(x,x) y H M = F^(A^,cp,■ 00 onde D(x,x) = 1 + (2TT)° p^+m^ + e" d^p 1 (2tt)'^ (p^4m^)^ p' (2tt)' (p-p')^(p'W) [^(pfp')^-(p^-p'^)^^-D -1 ] + O(e^) (4.41) 71 é o resultado usual, e R(x,x) = a-2e J d_p r á P 2 ,2 P -P* 2 (2tt) (2tt)° (p-p')^(p^W)^(p^+p'^+2m^) + O(e^) (4.42) sem fixação de gauge, ou R(x,x) = e^ f d^p C d°p' 2 -*(271)° (2tt)'^ 2 ,2 P -P' (p-p') ^ (p^-fm^)^(p^+p' ^+2m^+(p-p' ) I + O(e^) (4.43) fixando o gauge na ação. Como esperado, fixando o gauge na ação, somos levados sem apelação a a = 2, conforme o TFD. Igualmente esperado, e pelo mesmo motivo, é a= 0 sem fixação de gauge, confirmado por (4.42). Ocorre que a = 2 é também admitido por esta fórmula. A razão pa isto é que, neste caso particular, os diagramas extras que a- Parecem na fixação estocástica de gauge com (4.34) se cancelam quando somados [Ap. F]. A um resultado novo chegamos quando dirigimos nossa aten Çso para a polarização do vácuo. Cálculos bastante similares aos anteriores mas um pouco mais trabalhosos, apresentados no Ap. mostram que 72 lVpa%vl = Cyp'P>%JPtoav'P> + S (p) X -► oo (4.44) onde D (p) = pv 1 (P (p) —^ pv^ + Ç P (p) pv ^ ) é o propagador de Feynmarv V^p’ = — {2ti)^ k^-Kn^ (p+2k)o(pf2k)a -2ô (k+p)^4in^ pa + 0 (e' (4.45) é a polarização usual transversal (isto é, invariante de gauge), e Sp^(p) = 2eep(;,(p) pv' D c3 k (27t)'^ k^4ín^ 1 / k^-{k+pf f liiTi (1-a)x + ( k^+( k+p) ) ((k+p) ) + (k^-(k+p)^)^ ~2 - 2 (k^+(k+p)^+2m^)^ ((k+p)^4m^)(k^+m^) 1 + (k+p)^-Hx^ + g(k^-(k+p)^) (k)(k(k+p)^+2m^) + k^+(k+p)^+2m^ 2(k^4iT1^) + a 1 o /I 2 , 2.2 2 (k +ín ) + 0(e' (4.46) sem fixação de gauge, ou 73 %v

= ®^Pmv'P> ! ■ 2 J (2tt)'^ {k^+m^)((k+p)^4in^)(k^+(k+p)^+2m^ +£^) I . (k^-(k+p)^)^+ O(e^) (4.47) 2 P fixando o gauge na ação. Novamente a= 2 é imposto por este último caso (4.47). Já em (4.46) temos um termo divergente no tempo t que só desapa rece se a = 1. Mas então é o termo finito que não se anula,como se vê, por exemplo, expandindo em potências de p_^ (o primeiro m^ termo, p = 0, já é por si só diferente de zero). Podemos ver que a = 2 não é apropriado considerando aqueles diagramas ccm vér tices direcionados da fixação estocástica de gauge: eles deixam uma contribuição depois de somados [Ap. G]. Estes resultados"^ mostram a força do TFD como um guia pa ra a QE: usando uma regularização que preserva a simetria de gau ge, somos levados aos resultados corretos se a = 0 na abordagem óe Parisi - Wu e se a = 2 quando fixamos o gauge. Pode-se adotar postura diferente e sugerir que o proble- reside na regularização dimensional, não na QE. É evidente- rnente difícil excluir esta possibilidade. Mas, note, os esquemas de regularização candidatos a funcionar na QE devem, na teoria convencional, preservar a invariância de gauge (pelo menos),como ■mostram os termos em Ç dos diagramas estocásticos da correlação escalar e da polarização. Ademais, apenas propriedades de sime tria e mudança de variável da regularização dimensional foram u tilizadas. É óbvãa, mas vale ressaltar, a correção de nossa previsão, ejç>ressa on (4.13), de que mesmo quantidades invariantes de gauge dependem de rii-, pois a aparece cxplicitamente em (4.42) e (4.46). 74 b. Estocástica ^ i zação 6stocástica (não—markoviana ) tom atraído muita atenção porque (supostamente) preserva a invariância de gau ge, já que não interfere (diretamente) no setor espaço - temporal da teoria. Vamos examinar isto em detalhe. Seguimos o espírito precedente; por um ladq queremos qu^ retirando o parâmetro regulador A, obtenhamos a teoria usuah não regularizada, no limite de tempos grandes; por outro, que sem regulador tenhamos (4.14) e (4.15). Somos levados então à substj^ tuí-las por = = (27T)°ô(k-k')6^ (|t-t'|) 1 . (2Tr)°ô(k+k') (4.48) (4.49) onde as funções 3^ , 3^ e CL^ são tais que lim 3^ (M) lim 3® (|t|) = 2ô(x) A ->• oo 2 (4.50) lim ( |t| ) = aÔ(T) (4,51) A ->• 00 3 3 0 Q Usualmente se considera " ^a ” ^‘a portanto a=2), 1 2 3 75 Dirigimos nossa atenção para a fixação de gauge na ação, trabalha bem com a quantizaçao estocastica, ao menos com uma regularização invariante como a dimensional. Seguiremos a refe- rência [4.4], mas clarificaremos alguns pontos, generalizando ou tros. Primeiro, que tomamos, por simplicidade, B^(T) = e®(T) =2 0.^(1) = £^(t) (4.52) f^(T) = ^ (4.53) (regularização estocastica analítica), mas mantemos parâmetros diferentes i ® ^2 linhas escalares e fotônicas, respec- tivamente. Depois, que fixamos o gauge de Feynman ^' = 1. Por isso, 2 Dyy(P,T,f) = (6 + ' yv a-2 PyvfP* > (l-e^C) “£2 (^ ^ Ieí(-[t-t 2 EÍ(|t-t'|p^)) + 0(82) |P^) + (4.55) 76 além de (2.6), (2.48), com e = . Nós agora calculamos a polarização do vácuo [Ap. H]. No limite de tempos grandes. lim [d T->- oo TT D yp pa av 1(P,T) = (p2|l»e2(„,2)2-D/2l -1(5-5(e +e )C+13 e -e +0(e^)) — 12 — 12 r(2+e^) + 2(1-2e^C+2e^- + 0(e^)) . m 2e r(2+E-^) ^ r(2+?) + _L (53r(3+£^-2) _ p2£2 ^(3+c -°) 2_ 120 m^ r(3+e ) m^^ r(3+ê) + 0( + m + P (p) yv -a(l-(e^+e^)C +3£i -e^ +0(e^)) . ’ 4 2 r (2+e^) + 2 n-2e^C+2e^-£ + 0(e^)) . 2 -5 rr,2E ^ 2 m r(2+é-|) r(2+F) + + __L £Í( (53-9a) Ilífll2^-35 p^2 ill^2 ^)(1+0(e)) +0 ^ 120 r(3+e^) m 2E (4.56) P(3+e ) 77 Para a regularização preservar a invariância de gauge os tenros longitudinais devem desaparecer ordem a ordem na expan- são em p . m Esta última expressão apresenta pólos simples para D = 6, ... quando e 0. Para qualquer outra dimensão. lim [d yp 'pcfavKP-''* ^ !—i 1 Ppv

D 2 D _r(2--) , 1 p1 r(3- -) c 2 5 m + + 1 P'' (p) — yv^ 4 (2-a) r(2-|) ^ 3 10 2 ^(2-a) r(3-|) + . . . / D+4,6,... (4.57) que é transversal se a = 2. Naquelas dimensões em que aparecem pólos, entretanto, temos problemas; para D = 4, por exemplo. lim [d rr d x-v oo MP po^av ](p,T) = (4TrfV(m2)2-°/2^ P^ (p) yv^ - 5 + J_ + ^5 (^1+^2) ^ 6e, 2Ê' 6 e, 1 1 _£i_ <1 C-1+^1 + ^2 + ^ ? 6e^ + -Le! + ••• 30 m^ + P^ (p) yv _L(2fl-a^ +^a(fjjf2) - C-_1(a +6) 4e^ e S ^ + 8 78 + a + fl + J_ (2-a) + ... 80 m" (4.58) Não há valor de a que anule todos os termos longitudinais: sendo e = devemos ter e a = 2 para anular o termo em J_ e C, mas então os demais termos finitos permanecem. Note que sequer se fazemos, de forma completamente arbitrária, e = e = ^-i = ^2 (sugerido em [4.4]) obtemos transversalidade. O mes mo vale para D = 6, 8, ... Não é difícil verificar que mesmo se considerássemos um parâmetro para as linhas longitudinais não obtería mos transversalidade, pois ele afetaria apenas os termos 0 {e°), não alterando o termo divergente e os finitos de 0 (p^) e maiores. ÍtT^ Assim, concluimos que a regularização estocástica analítica não preserva a invariância de gauge, ao menos enquanto nos limitamos à simplificação (4.52) com (4.53). É claro que pode-se supor que uma outra escolha de f(mais feliz que (4.53))dê bons resultados, para alguma quantidade em alguma ordem, como em [4.5]. Mas o fato é que o resultado acima mostra que não há nenhum motivo para supor que a regularização es tocástica não-mar]coviana seja boa, quando fixamos o gauge na ação. O argumento já exposto (que não modificamos o setor espaço-tempo i^al da teoria) é falho: as integrações temporais resultam em fa- tores de momentos; modificando a dependência em t alteramo - los 79 e, com isso, afetamos o espaço-tempo (e as simetrias nele obser- vadas) , Isto se manifesta quando, fixando o gauge estocastica - mente, encontramos um argumento geral para mostrar a falência do método [4.6]. Enquanto nos limitamos à fixação de gauge, parece por- tanto que a regularização estocástica deve ser markoviana. Al- guns resultados [4.7] mostram que uma generalização apropriada de (2.30) (substituindo derivadas por derivadas covariantes) produz alguns resultados satisfatórios com fixação estocástica de gauge, mas uma análise mais extensa ainda está por vir. Permanece em aberto também a questão da regularização par tindo da ação invariante de gauge. É possível que uma escolha a dequada em (4.49) permita obter a teoria regularizada respeitan- do a invariância, mas não fomos capazes de obtê-la. 81 CAPÍTULO V CAMPO DE GAUGE NÃO-ABELIANO A motivação para introdução da QE foi a perspectiva de quantizar teorias de gauge não-abelianas sem fixação de gauge e, consequentemente, sem a introdução de fantasmas. Já vimos no ca pítulo anterior que no caso abeliano em interação com bosons pre cisamos de antemão separar as variáveis cíclicas, ao contrário do que sugeriam inicialmente Parisi e Wu. Veremos agora se o mesmo se aplica a um campo de gauge não-abeliano. Analisamos também o método aplicado à ação de Fadeev -Popov, encarando então a sime- tria de BRST como fudamental. Limitar-nos-emos à regularização dimensional. Para tanto, consideremos um campo de gauge A^(x) = A^^(x) (5.1) onde T^, a = 1 , . . . , N, são os geradores de uma álgebra de Lie com 3 b c constantes de estrutura f ; na representação adjunta [T^,T^] = i f^*^ (5.2) com f completamente anti-simétrico, e satisfazendo a identida de de Jacobi. 82 Introduzindo o tensor ''yv‘=> = Vv - Vy - 9 ' (5.3) onde g é a constante de acoplamento, a ação invariante de gauge ("ação de Yang-Mills") na ausência de outros campos se escreve como S = 1 f d^^x (F® (x))^ Cl — J ' yv :5.4) Sendo D ab _ rab« , ,abc ,c, . y = + 9 t A^^(x) a derivada covariante e r(x) = g [a^(A°(x)A^(x)) - a;(x)O^A°(x) - 9^A°(x))] (5.5) t=3 / \ - 2 ,-abCj-bde ,c, \,d, >,e, , I (x) E g f f A,(x)A (x A (x) y ^ V V y (5.6) temos = 2P^^(k)(2TT)° ô(k+k')ô(T-T') 6^^ , (5.1 9) sendo gaussiano de média zero. Não é óbvio de (5.15), entre tanto, que este mesmo limite para seja "suave", visto que agora tem caráter de variável dinâmica como A^ . Apenas por simplicidade tentamos encarar ri|^ como markoviano. = apJj^(k)(2TT)°Ô(k+k') 0 um parâmetro a ser ajustado), e gaussiano de média ze- ro. A esperança é que algum valor de a permita obter os resulta dos usuais (que incluem as contribuições de fantasmas) para quan tidades invariantes de gauge, no limite de tempos iguais e gran- des. Na literatura, sempre a = 2. Com (5.19) e (5.20) podemos calcular o propagador "livre" (isto é, de 0(g° ) ), D°J(k,T,T') = í®" I 1 T L‘MV yv + a P (k) min (t,t') yv (5.21) fazendo (arbitrariamente, pelas observações feitas acima)a mesma ascolha gaussiana (3.13), isto é. Definindo novas regras de Feynman [Fig. 5.1b] escrevemos correlação perturbativamente. Note gue os vertices são simétricos e que „abc ^ (O)abc a3y -2 a3y 1 aByS -r j( 0) abcd a3yô , (5.23) onde V (o) W (o) sao os vértices convencionais [4.3]. 88 b. Ação de Fadeev - Popov Podemos tomar uma postura completamente diferente. Ao in vés de considerarmos as equações clássicas de movimento, impomos a simetria de BRST como fundamental, sendo levados então à ação de Fadeev-Popov [0.9] Spp = + _L /) c (k,T) = -X + 6, + 0(g") (5.34) (5.35) já anulando as condições iniciais longitudinais. Como no caso abeliano com fixação de gauge podemos se- guir usando o TFD ao fazer os ruídos gaussianos e 0® obedece rem a = 26^^(2Tr)°6(k+k') 6(t-t') 6 ab (5.36) <0®(k,T)0^(k',t')) = 2(2tt)° ô(k-k’) 6(t-t') . (5.37) 91 Elas permitem calcular os propagadores "livres D^^(k,T,T- = 6 ab I yv (k) -k^ |t-t' + P ,(k) yv -j e (5.38) d""(k,t,t') = (5.39) , . k^ da maneira usual. As regras de Feynman de correlações [Fig. 5.1b, 5.2b] são análogas às já apresentadas "ad nauseum". A novidade é que a an ticomutação dos 0's e sua disposição em (5.28) introduzem um si- nal (-) a cada "loop" de fantasmas. c. Fixação de Gauge de Zwanziger Uma terceira alternativa para quantizar uma teoria de gau ge estocasticamente é pela fixação estocástica de gauge na forma originalmente introduzida por Zwanziger [5.1]. Ela pode ser atin gida por uma transformação de gauge não-abeliana generalizada [4.2] U(x,t), definindo um novo campo A^(x,T) = u(x,T) A^(x,T)u \x,T) - j,U(x,T)9^u"^x,T). (5.40) 9 A equação de evolução de A'^(x,t) é encontrada usando (5.8): re tirando a linha de A ' , U 9A (x,t) y 9t -dJ A (x,x) + n^(x,T) (5.41) 3. ^ ”1 onde e um ruído obtido do presente em (5.8) por Uy^U , e A(x,t) s - i U~Vx,t) 9U(x,t) . (5.42) g 9t A escolha natural de A(x,t), manifestamente covariante e local, é A(x,t) = (5.43) Portanto, (5.41) torna-se 93 + + n^(x,T) y y (5.44) ou 3A®(k,T) = - k^(ô - y yv 8t JO) A (k,T) + (k,x) ^ k^ + í^(k,T) y + + J^( k,T) + n^(k,T) (5.45) onde j;(k,T) = J d^ki (2tt) Jâlíí (2tt ) 2 (2tt) D SCk-k^-k^ ^®^f(k,-k,-k ) ynX ' r 2 A^k^,T) Aj(k^,x) (5.46) representa uma nova interação, com «abc ynX ( k, -k ■k^) _i 2Ç f^^'"(k^ 6 ,-k ,6 ) 1H yX 2X yw ^ (5.47) Alternativamente, pode-se interpretar os novos termos como oriun dos de um vínculo não-holonômico covariante imposto na equação de movimento clássica, generalizando o vínculo (4.27) do caso a- beliano [5.2] . sendo (k, x) dado por (5.31) a expansão em árvores é semelhante à (5.18) com condições iniciais nulas, com um novo vértice [Fig. 5.3]: 94 A^(k ,T) = (5.18) Para formar Quando a = 2, (5.19) correlações precisamos das médias de e (5.20) implicam = 2Ô^^Ô®‘^Ô(X-X' ) Ô(T-T') ou (5.49) < n^( k,T )n^( k ' , T ' ) > =2ô^^( 27t) ( k + k ' ) ô(t-t') (5.50) para o novo ruído gaussiano , de média zero. Neste caso o propagador é dado por (5.38) [Fig. 5.1b]. Esta maneira de fixar o gauge constitui uma ponte entre a abordagem de Parisi - Wu e a fixação de gauge na ação: com a primeira coincide noresultado de quantidades invariantes de gau- ge; com a segunda, no uso dos mesmos propagadores gluônicos. Sua característica própria é a introdução de um vértice direcionado, gvie complica bastante qualquer análise de um diagrama geral; a correção da fixação de gauge de Zwanziger repousa sobre a expec- tativa nada trivial que os diagramas envolvendo os novos vértices se somam para dar a contribuição de fantasmas, em quantidades in Variantes de gauge. 95 V.2 Regularização Dimensional Como no caso abeliano, vamos calcular [5.3] algumas quan tidades na quantização estocástica com regularização dimensional. Começamos com a polarização do vácuo, na teoria convencional trans versai, mas não invariante de gauge, e chegamos à {f® F^ ^, esta ' yv HO' sim invariante. a. Polarização do Vácuo No limite de tempos grandes obtemos, após um longo cálcu lo apresentado no Ap. I, lim X->oo [d a a yp t a' b' pa D b' b av ](k ,T ) = = k) yp [w=J(YM) + PO^ ( k ) av + P L yp (k) . ab L A P pa av (k) (5.51) onde (k) = _L (Pj^(k) +CP;,„(k)) , ab , , _2 TT , (YM = PP 2 d^ki (2tt)' d°k2 (27T)°ô(k-k^-k2)v^°^"'^®(k,-k^,-k2) (2v) D ,r(0)bde , \ n (0),, ^ (0) ,, , + + 2 d kj_ 2^J 2 (2tt)' .(O)aeeb (0) paBp' ^a6 (k^)+ 0(gM (5.52) 96 G O resultado usual dos gráficos só com linhas de campo de gauge, e ^PP' "" gZ^ade^bde í^f J J (2tt) d°k2 (271)^ (27T)‘"ô(k-k -k ) 1 2 k k 1P 2P' + + 0 (g^) (5.53) é a contribuição dos fantasmas. Na abordagem de Parisi e Wu, no gauge de Landau ( Ç = 0), 2 ^ade ^bde , .D - ,D s = 9 f f fd kl fd k2 (2tt) 6{k-k^-k„) 1 D D 12 ^ ^ {2-^V^ {2-^Y k^ k^ + = pp.+ %.) +0 (9 ' (5.54) r (x) PP'' ^ (k^)^k „k IP IP' + ax (5.55:) 97 -pp'' '’pp’ + ,2,2 -> k +k^ + Poo-(S) '^1 “ (2«- 3) 2 2 (5.56) Rpp. =-1^p. !l(a(k^)-2k^) k^ (5.57) 3 b '' enquanto A e dado no Ap. I. Dos vários termos acima, F e PP' PP' Hpp, não se anulam na regularização dimensional; o segundo, com a = 2, foi obtido por Namiki et al. [3.2].l;; Quanto à R , é PP' nulo se usamos as integrais usuais da regularização dimensional, mais a conjectura de 't Hooft - Veltman [veja Ap. K]. De qualquer forma, permanecem contribuições proporcionais a t e finitas. Co mo a polarização não é invariante de gauge, da QE não se espera- va outra coisa. Fixando o gauge na ação, isto é, usando Sj-p, obtemos au- tomaticamente o resultado correto: -ab 7T , PP' = 0 + 0(g-") (5.58) . ab Vp' = 0 + O(g^) [Ap. I]. (5.59) 98 b. ' yv hX' A fim de verificar a correção da QE somos impelidos a cal cular quantidades invariantes de gauge. 0 único exemplo calcula do na literatura, de nosso conhecimento, é (x) F^^(x)) Namiki et al. [3.2] utilizaram a abordagem original de Parisi e Wu com a = 2 e asseguram ter obtido o resultado correto. Entre tanto, eles mantiveram apenas os termos finitos no 55 tempo, os demais supostamente se anulando em "cálculos diretos". No Ap. J obtemos simplesmente o resultado usual (FTh) (5.60) quando partimos da ação S^.^, mas -> v) - (k+->- X) + VI [k^ X {5.62) com 1 n2-§ir^§-i) (471)°^^ r(D-2) (5.63) Repare que procuramos não usar a conjectura de 't Hooft-Veltman; se o fazemos. d^ki = 0. Neste ponto vemos que nosso resultado (5.62) óo sobr também J (2tt)D não se anula para qualquer valor de g (inclusive a = 2, quan a ao menos um termo linear em x), a menos que utilizemos na integral em k que integrais de polinômios se anulam. 100 Mas neste caso o termo de fantasmas, por exemplo, também desapa- rece, e qualquer valor de a funciona. Se agirmos de forma consis tente, não utilizando a conjectura de 't Hooft - Veltman em que a QE sem fixação de gauge não produz os resultados corretos, ao contrário da fé geral [1.5], Enfatizemos que a falência da empreitada pode ser atri- buída à invariância de gauge (através do TFD e portanto da cor- relação (5.20)) e/ou à indefinição do limite livre (através do caráter gaussiano de ri*" ) . Podemos eventualmente pensar que o problema está na regu larização dimensional. Mas ela funciona bem na teoria usual e mesmo na QE, se a ação é Sp.p . É difícil imaginar um esquema al ternativo apropriado: temos a regularização de Slavnov [0.11],de difícil manejo, e as estocásticas. Resultados recentes mostram que a regularização estocástica não-markoviana é incompatível tam bém com a QE de uma teoria não-abeliana: na abordagem de Parisi e Wu com a = 2 ela não é suficiente para regular "loops" com li- nhas longitudinais; com fixação estocástica de gauge [4.6] e com ação invariante por BRST [5.4] quebramos a invariância de gauge. Por outro lado, uma generalização covariante de gauge da outra regularização estocástica parece ser compatível com a fixação es tocástica de gauge, como mostra um cálculo em um "loop" e um ar- gumento que repousa na correção da QE sem fixação de gauge [4.7]. Nossos resultados sugereitv porém, um estudo mais extenso deste mé todo. 101 CAPÍTULO VI CONCLUSÃO Neste trabalho procuramos entender porque e quando a QE funciona, enfatizando quais de seus aspectos são responsáveis por atinqirmos a teoria quântica usual no limite de tempos qrandes. Neste sentido, propuzemos encarar o TFD como um guia para quanti zação e regularização. À nível de quantização escolhemos o ruído e o atrito de forma a satisfazer o TFD. Em particular,isto implica anular, de P^^tida, o ruído correspondente a variáveis cíclicas na açãcq quan do ela age de "potencial" para o atrito. No caso de teorias de gauge, há basicamente duas aborda- gens. A mais bem comportada, como vimos, consiste em impor a si rnetria de BRST sobre a ação, introduzindo uma fixação de gauge e fantasmas. Obtemos então os resultados usuais na QE com regula- rização dimensional, mas ao custo de abandonar o caráter não-per turbativo do método. A abordagem original de Parisi - Wu, por outro lado, era suposta capaz de gerar os mesmos resultados sem nunca falar em fixação de gauge na ação e fantasmas, nem discriminar as variá- '^^is físicas (sem, portanto, atender ao TFD). Nós, entretanto, •mostramos que ela não o faz, exibindo a polarização do vácuo, na eletrodinâmica escalar, e < F®^ F^^> , no caso de Yang - Mills 102 puro, com termos divergentes e finitos alienígenas. Uma teoria não-abeliana em interação com campos de matéria deve apresentar problemas dos dois lados. Temos, entretanto, uma liberdade adicional que antes não havia sido notada, proveniente da ausência de equilíbiro nas va- riáveis cíclicas. Para a teoria abeliana sabemos separá-las de maneira covariante, e verificamos que a única saída é seguir o TFD. Anulando o ruído longitudinal mostramos que tudo corre bem, com um argumento geral e dois exemplos em um "loop". Para a teoria não-abeliana não sabemos fazer tal decompo sição de maneira simples e covariante: esta é toda a dificuldade dos demais métodos de quantização. Talvez com o auxílio de trans formações de gauge generalizadas ou de BRST possamos implementar nossa prescrição. Um estudo mais extenso das fixações de gauge estocástica e usual, nesta linha, pode revelar-se interessante. À nível de regularização, vimos que i) métodos conven- cionais podem ser aplicados normalmente, ao menos quando não te- mos o problema acima mencionado de variáveis cíclicas; ii) méto- dos estocásticos consistem em fazer ruído e atrito não obedece- rem ao TFD. Neste último caso a evolução do sistema torna-se mais complicada e o que de fato ocorre no limite de tempos gran- des ainda precisa ser melhor entendido. Em particular, há o problema da invariância de gauge ser ou não preservada. No caso abeliano vimos que um tratamento que uao privilegia componentes físicos do campo, fixando o gauge na ^Ção, fracassa, na regularização não-markoviang, ao contrário das expectativas. É compreensível que o mesmo ocorra no caso não- 103 abeliano. Descobrir porque reguladores diferentes resultam em quebras da invariância em ordens diferentes pode ajudar a compre ender quando ela é preservada no limite. Melhor estudo demanda a outra regularização estocástica, cuja virtude de preservar in- variância de gauge repousa, a nosso ver, em evidências muito tê- nues . Permanecem ainda por examinar as regularizações estocás- ticas na abordagem de Parisi e Wu. Poderá uma escolha de regula dores permitir tratar variáveis transversais e longitudinais da mesma forma? Se não, como implementar a regularização quantizari do apenas os modos transversais? Uma possibilidade talvez seja um método híbrido, regularizando o ruído transversal e a distri- buição inicial longitudinal (3.12). Para cumprir o programa de uma teoria de campos quantiza da estocasticamente temos ainda pela frente um grande caminho : há que se renormalizar. Também aqui podemos contentar-nos em ob ter a teoria renormalizada no limite de tempos grandes de uma e- quação de Langevin com a ação renormalizada usual. Uma abordagem realmente estocástica consiste, porém, em obter resultados fini- tos a tempos finitos, aplicando as técnicas de renormalização da dinâmica de fenômenos críticos. Apenas agora esta linha se de- senvolve"^, e poderemos investigar a relevância de nossas observa ções em teorias de gauge. Desenvolvida tal empreitada, toda a luz e toda a treva da mecânica estatística fora^e-equilíbrio po dem ajudar a entender os mecanismos das teorias de campos. + E tem sido explorada para estudar a criticalidade da teoria em D = 3, obten do