Главная » Просмотр файлов » Kleinert - Path Integrals in Quantum Mechanics, Statistics, Polymer Physics, and Financial Markets - ed.4 - 2006

Kleinert - Path Integrals in Quantum Mechanics, Statistics, Polymer Physics, and Financial Markets - ed.4 - 2006 (523104), страница 73

Файл №523104 Kleinert - Path Integrals in Quantum Mechanics, Statistics, Polymer Physics, and Financial Markets - ed.4 - 2006 (Kleinert - Path Integrals in Quantum Mechanics, Statistics, Polymer Physics, and Financial Markets - ed.4 - 2006) 73 страницаKleinert - Path Integrals in Quantum Mechanics, Statistics, Polymer Physics, and Financial Markets - ed.4 - 2006 (523104) страница 732013-09-15СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 73)

It is important to realize that thanks to thesubtraction in the Green function (3.882) caused by the z(0)-fluctuations, the limits ta → −∞ andtb → ∞ can be taken in (3.885) without any problems.3.26.2Application to Scattering AmplitudeWe can now apply this result to the path integral (2.723). With the abbreviation (3.884) we writeit asZpfpb pa =d2 b e−iqb/h̄2πih̄ Z ∞hZiiM(3.889)×D3 yz expyz [Ḡ00 (t, t0 )]−1 yz eiχb,p [yz ] − 1 ,dth̄ −∞2where [Ḡ00 (t, t0 )]−1 is the functional inverse of the subtracted Green function (3.888), and χb,p [yz ]the integral over the interaction potential V (x):Z1 ∞pχb,p [yz ] ≡ −dt V b +t + yz (t) .(3.890)h̄ −∞M3.26.3First Correction to Eikonal ApproximationThe first correction to the eikonal approximation (2.726) is obtained by expanding (3.890) to firstorder in yz (t).

This yieldsZp 1 ∞dt ∇V b + t yz (t).(3.891)χb,p [y] = χei−b ,ph̄ −∞MThe additional terms can be considered as an interactionZ1 ∞−dt yz (t) j(t),h̄ −∞(3.892)with the currentj(t) =p t .∇V b +M(3.893)H. Kleinert, PATH INTEGRALS3.26 Perturbative Approach to Scattering Amplitude341Using the generating functional (3.885), this is seen to yield an additional scattering phaseZ ∞Z ∞p 1p tt2 t> .dt∇Vb+(3.894)∆1 χei=dt∇Vb+112b,p2M h̄ −∞MM−∞To evaluate this we shall always change, as in (2.728), the time variables t1,2 to length variablesz1,2 ≡ p1,2 t/M along the direction of p.√For spherically symmetric potentials V (r) with r ≡ |x| = b2 + z 2 , we may express thederivatives parallel and orthogonal to the incoming particle momentum p as follows:∇k V = z V 0 /r,∇⊥ V = b V 0 /r.(3.895)Then (3.894) reduces to∆1 χeib ,pM2=2h̄p3Z∞−∞dz1Z∞V 0 (r1 ) V 0 (r2 ) 2b + z1 z2 z1 .r1r2dz2−∞(3.896)The part of the integrand before the bracket is obviously symmetric under z → −z and under theexchange z1 ↔ z2 .

For this reason we can rewriteZZM2 ∞V 0 (r2 ) 2V 0 (r1 ) ∞(3.897)b − z22 .∆1 χei=dzdzz211b,p3h̄p −∞r1r2−∞Now we use the relations (3.895) in the opposite direction aszV 0 /r = ∂z V,bV 0 /r = ∂b V,(3.898)and performing a partial integration in z1 to obtain21∆1 χeib ,pM2= − 3 (1 + b∂b )h̄pZ∞−∞dz V 2pb2 + z 2 .(3.899)Compared to the leading eikonal phase (2.729), this √is suppressed by a factor V (0)M/p2 .2Note that for the Coulomb potential where V ( b2 + z 2 ) ∝ 1/(b2 + z 2 ), the integral is proportional to 1/b which is annihilated by the factor 1 + b∂b .

Thus there is no first correction to theeikonal approximation (1.504).3.26.4Rayleigh-Schrödinger Expansion of Scattering AmplitudeIn Section 1.16 we have introduced the scattering amplitude as the limiting matrixelement [see (1.514)]hpb |Ŝ|pa i ≡limtb −ta →∞ei(Eb −Ea )tb /h̄ (pb 0|pa ta )e−iEa ta /h̄ .(3.900)A perturbation expansion for these quantities can be found via a Fourier transformation of the expansion (3.474).

We only have to set the oscillator frequency of theharmonic part of the action equal to zero, since the particles in a scattering processare free far away from the scattering center. Since scattering takes usually place inthree dimensions, all formulas will be written down in such a space.21This agrees with results from Schrödinger theory by S.J. Wallace, Ann. Phys.

78 , 190 (1973);S. Sarkar, Phys. Rev. D 21 , 3437 (1980). It differs from R. Rosenfelder’s result (see Footnote 37on p. 191) who derives a prefactor p cos(θ/2) instead of the incoming momentum p.3423 External Sources, Correlations, and Perturbation TheoryWe shall thus consider the perturbation expansion of the amplitudeZ(pb 0|pa ta ) =d3 xb d3 xa e−ipb xb (xb 0|xa ta )eipa xa ,(3.901)where (xb 0|xa ta ) is expanded as in (3.474). The immediate result looks as in theexpansion (3.497), if we replace the external oscillator wave functions ψn (xb ) andψa (xb ) by free-particle plane waves e−ipb xb and eipa xa :(pb 0|pa ta ) = (pb 0|pa ta )0ii12+ hpb |Aint |pa i0 −hp |A3 |p i + .

. . .2 hpb |Aint |pa i0 −h̄2!h̄3!h̄3 b int a 0Here2(pb 0|pa ta )0 = (2πh̄)3 δ (3) (pb − pa )eipb ta /2M h̄(3.902)(3.903)is the free-particle time evolution amplitude in momentum space [recall (2.133)] andthe matrix elements are defined byhpb | . . . |pa i0 ≡Z33−ipb xbd xb d xa eZ3iA0 /h̄D x...eeipa xa .(3.904)In contrast to (3.497) we have not divided out the free-particle amplitude (3.903) inthis definition since it is too singular. Let us calculate the successive terms in theexpansion (3.902). Firsthpb |Aint |pa i0 = −Z0tadt1Zd3 xb d3 xa d3 x1 e−ipb xb (xb 0|x1 t1 )0× V (x1 )(x1 t1 |xa ta )0 eipa xa .(3.905)SinceZZ2d3 xb e−ipb xb (xb tb |x1 t1 )0 = e−ipb x1 e−ipb (tb −t1 )/2M h̄ ,2d3 xa (x1 t1 |xa ta )0 e−ipb xb = e−ipa x1 eipa (t1 −ta )/2M h̄ ,(3.906)this becomeshpb |Aint |pa i0 = −Z0ta222dt1 ei(pb −pa )t1 /2M h̄ Vpb pa eipa ta /2M h̄ ,(3.907)Z(3.908)whereVpb pa ≡ hpb |V̂ |pa i =d3 xei(pb −pa )x/h̄ V (x) = Ṽ (pb − pa )[recall (1.492)].

Inserting a damping factor eηt1 into the time integral, and replacingp2 /2M by the corresponding energy E, we obtaini1hpb |Aint|pa i0 = −VeiEa ta .h̄Eb − Ea − iη pb pa(3.909)H. Kleinert, PATH INTEGRALS3.27 Functional Determinants from Green Functions343Inserting this together with (3.903) into the expansion (3.902), we find for the scattering amplitude (3.900) the first-order approximationhpb |Ŝ|pa i ≡limtb −ta →∞i(Eb −Ea )tb /h̄e"#1V(2πh̄) δ (pb − pa ) −Eb − Ea − iη pb pa(3.910)3 (3)corresponding precisely to the first-order approximation of the operator expression(1.517), the Born approximation.Continuing the evaluation of the expansion (3.902) we find that Vpb pa in (3.910)is replaced by the T -matrix [recall (1.475)]1d 3 pc= Vpb pa −V(3.911)3 Vpb pcEc − Ea − iη pc pa(2πh̄)Z11d 3 pc Z d 3 pdVpc pdV+ ...

.+33 Vpb pcEc − Ea − iηEd − Ea − iη pd pa(2πh̄)(2πh̄)ZTpb paThis amounts to an integral equationTpb pa = Vpb pa −Zd 3 pc1T,3 Vpb pcEc − Ea − iη pc pa(2πh̄)(3.912)which is recognized as the Lippmann-Schwinger equation (1.523) for the T -matrix.3.27Functional Determinants from Green FunctionsIn Subsection 3.2.1 we have seen that there exists a simple method, due to Wronski,for constructing Green functions of the differential equation (3.27),O(t)Gω2 (t, t0 ) ≡ [−∂t2 − Ω2 (t)]Gω2 (t, t0 ) = δ(t − t0 ),(3.913)with Dirichlet boundary conditions.

That method did not require any knowledgeof the spectrum and the eigenstates of the differential operator O(t), except for thecondition that zero-modes are absent. The question arises whether this method canbe used to find also functional determinants.22 The answer is positive, and we shallnow demonstrate that Gelfand and Yaglom’s initial-value problem (2.206), (2.207),(2.208) with the Wronski construction (2.218) for its solution represents the mostconcise formula for the functional determinant of the operator O(t).

Starting pointis the observation that a functional determinant of an operator O can be written asDet O = eTr log O ,(3.914)and that a Green function of a harmonic oscillator with an arbitrary time-dependentfrequency has the integralTr22Z01dg Ω2 (t)[−∂t2 − gΩ2 (t)]−1 δ(t − t0 )See the reference in Footnote 6 on p. 246.= −Tr {log[−∂t2 − Ω2 (t)]δ(t − t0 )}+Tr {log[−∂t2 ]δ(t − t0 )}.(3.915)3443 External Sources, Correlations, and Perturbation TheoryIf we therefore introduce a strength parameter g ∈ [0, 1] and an auxiliary Greenfunction Gg (t, t0 ) satisfying the differential equationOg (t)Gg (t, t0 ) ≡ [−∂t2 − gΩ2 (t)]Gg (t, t0 ) = δ(t − t0 ),(3.916)we can express the ratio of functional determinants Det O1 /Det O0 asDet (O0−1 O1 ) = e−R10dg Tr [Ω2 (t)Gg (t,t0 )].(3.917)Knowing of the existence of Gelfand-Yaglom’s elegant method for calculating functional determinants in Section 2.4, we now try to relate the right-hand side in (3.917)to the solution of the Gelfand-Yaglom’s equations (2.208), (2.206), and (2.207):Og (t)Dg (t) = 0; Dg (ta ) = 0, Ḋg (ta ) = 1.(3.918)By differentiating these equations with respect to the parameter g, we obtain forthe g-derivative Dg0 (t) ≡ ∂g Dg (t) the inhomogeneous initial-value problemOg (t)Dg0 (t) = Ω2 (t)Dg (t); Dg0 (ta ) = 0, Ḋg0 (ta ) = 0.(3.919)The unique solution of equations (3.918) can be expressed as in Eq.

(2.214) in termsof an arbitrary set of solutions ηg (t) and ξg (t) as followsξg (ta )ηg (t) − ξg (t)ηg (ta )= ∆g (t, ta ),WgDg (t) =(3.920)where Wg is the constant Wronski determinantWg = ξg (t)η̇g (t) − ηg (t)ξ˙g (t).(3.921)DetΛg= ∆g (tb , ta ),Wg(3.922)We may also writeDg (tb ) =where Λg is the constant 2 × 2 -matrixΛg =ξg (ta ) ηg (ta )ξg (tb ) ηg (tb )!.(3.923)With the help of the solution ∆g (t, t0 ) of the homogenous initial-value problem(3.918) we can easily construct a solution of the inhomogeneous initial-value problem(3.919) by superposition:Dg0 (t) =Zttadt0 Ω2 (t0 )∆g (t, t0 )∆g (t0 , ta ).(3.924)Comparison with (3.59) shows that at the final point t = tbDg0 (tb )= ∆g (tb , ta )Ztbtadt0 Ω2 (t0 )Gg (t0 , t0 ).(3.925)H.

Kleinert, PATH INTEGRALS3453.27 Functional Determinants from Green FunctionsTogether with (3.922), this implies the following equation for the integral over theGreen function which solves (3.913) with Dirichlet’s boundary conditions:det ΛgTr [Ω (t)Gg (t, t )] = −∂g logWg20!= −∂g log Dg (tb ).(3.926)Inserting this into (3.915), we find for the ratio of functional determinants the simpleformulaDet (O0−1 Og ) = C(tb , ta )Dg (tb ).(3.927)The constant of g-integration, which still depends in general on initial and finaltimes, is fixed by applying (3.927) to the trivial case g = 0, where O0 = −∂t2 andthe solution to the initial-value problem (3.918) isD0 (t) = t − ta .(3.928)At g = 0, the left-hand side of (3.927) is unity, determining C(tb , ta ) = (tb − ta )−1and the final result for g = 1:Det (O0−1 O1 )det Λ1=W1,DetΛ0D (t )= 1 b ,W0tb − ta(3.929)in agreement with the result of Section 2.7.The same method permits us to find the Green function Gω2 (τ, τ 0 ) governingquantum statistical harmonic fluctuations which satisfies the differential equation022p,a0p,aOg (τ )Gp,a(τ − τ 0 ),g (τ, τ ) ≡ [∂τ − gΩ (τ )]Gg (τ, τ ) = δ(3.930)with periodic and antiperiodic boundary conditions, frequency Ω(τ ), and δ-function.The imaginary-time analog of (3.915) for the ratio of functional determinants readsDet (O0−1 O1 ) = e−R10dgTr [Ω2 (τ )Gg (τ,τ 0 )].(3.931)0The boundary conditions satisfied by the Green function Gp,ag (τ, τ ) are0p,a0Gp,ag (τb , τ ) = ±Gg (τa , τ ),0p,a0Ġp,ag (τb , τ ) = ±Ġg (τa , τ ).(3.932)According to Eq.

(3.166), the Green functions are given by00Gp,ag (τ, τ ) = Gg (τ, τ ) ∓[∆g (τ, τa ) ± ∆g (τb , τ )][∆g (τ 0 , τa ) ± ∆g (τb , τ 0 )], (3.933)¯ p,a (τ , τ ) · ∆ (τ , τ )∆ga bg a bwhere [compare (3.49)]∆(τ, τ 0 ) =i1 hξ(τ )η(τ 0 ) − ξ(τ 0 )η(τ ) ,W(3.934)3463 External Sources, Correlations, and Perturbation Theory˙ )η(τ ), and [compare (3.165)]with the Wronski determinant W = ξ(τ )η̇(τ ) − ξ(τ¯ p,a (τ , τ ) = 2 ± ∂ ∆ (τ , τ ) ± ∂ ∆ (τ , τ ).∆ga bτ g a bτ g b a(3.935)The solution is unique provided that¯ p,adet Λ̄p,ag = Wg ∆g (τa , τb ) 6= 0.(3.936)The right-hand side is well-defined unless the operator Og (t) has a zero-mode withηg (tb ) = ±ηg (ta ), η̇g (tb ) = ±η̇g (ta ), which would make the determinant of the 2 × 2-matrix Λ̄p,ag vanish.We are now in a position to rederive the functional determinant of the operatorO(τ ) = ∂τ2 −Ω2 (τ ) with periodic or antiperiodic boundary conditions more elegantlythan in Section 2.11.

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
12,87 Mb
Тип материала
Предмет
Учебное заведение
Неизвестно

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Как Вы думаете, сколько людей до Вас делали точно такое же задание? 99% студентов выполняют точно такие же задания, как и их предшественники год назад. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6525
Авторов
на СтудИзбе
301
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее