Главная » Просмотр файлов » Texts on physics, maths and programming

Texts on physics, maths and programming (562422), страница 15

Файл №562422 Texts on physics, maths and programming (Несколько текстов для зачёта) 15 страницаTexts on physics, maths and programming (562422) страница 152015-12-04СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

In this paper, we will use the fact that geometric algebra can be formulated in terms of a Grassmann algebra [9]. We will show that in this context the geometric product can be made explicit as a fermionic star product. It is then straight forward to translate classical mechanics described with geometric algebra into a version where it is described in terms of fermionic deformed super analysis. The fermionic part of the formalism represents hereby the basis vector structure of the space on which the theory is formulated, i.e., the three-dimensional space, the phase space or the spacetime. In all cases we consider only the case of flat spaces. In a second step one can then go over to quantum mechanics, where we use here deformation quantization, while in [9] canonical and path integral quantization was used. Combining in this way geometric algebra formulated with a fermionic star product with the bosonic star product of deformation quantization one arrives at a supersymmetric star product formalism that allows to describe quantum mechanics with spin in a unified manner. Moreover by using star products one can immediately give the classical → 0 limit and see how the spin as a physical observable vanishes. Furthermore, one can see that classical mechanics can be described as a half deformed theory, while quantum mechanics is a totally deformed theory, i.e., in classical mechanics the star product acts only on the fermionic basis vector part of the formalism, while for > 0 there exists also a bosonic star product that acts on the coefficients of the basis vectors.

In Section 2 we will very shortly review the bosonic and fermionic star product formalism and show how quantum mechanics with spin can be described in this context. Then we will show how geometric algebra can be formulated with the fermionic star product. We will therefore formulate well-known results of geometric algebra in the formalism of fermionic deformed superanalysis. Afterwards in Sections 5 and 6 we will extend the formalism to the case of non-relativistic quantum mechanics and Dirac theory by using the bosonic Moyal product.

2. The star product formalism

We first want to introduce the star product formalism in bosonic and fermionic physics with the example of the harmonic oscillator [5]. The bosonic oscillator with the Hamilton function , can be quantized by using the Moyal product

(2.1)

The star product replaces the conventional product between functions on the phase space and it is so constructed that the star anticommutator, i.e., the antisymmetric part of first order, is the Poisson bracket:

(2.2)

This relation is the principle of correspondence. The states of the quantized harmonic oscillator are described by the Wigner functions . The Wigner functions and the energy levels En of the harmonic oscillator can be calculated with the help of the star exponential

(2.3)

where Hn M=H M MH is the n-fold star product of H. The star exponential fulfills the analogue of the time dependent Schrödinger equation

(2.4)

The energy levels and the Wigner functions fulfill the -genvalue equation

(2.5)

and for the harmonic oscillator one obtains and

(2.6)

where the Ln are the Laguerre polynomials. The Wigner functions are normalized according to and the expectation value of a phase space function f can be calculated as

(2.7)

The same procedure can now be used for the grassmannian case [6]. The simplest system in grassmannian mechanics [8] is a two-dimensional system with Lagrange function

(2.8)

With the canonical momentum

(2.9)

the Hamilton function is given by

(2.10)

Together with Eq. (2.9) this Hamiltonian suggests that the fermionic oscillator describes rotation. Indeed, calculating the fermionic angular momentum, which corresponds to the spin, leads to

S3=θ1ρ2-θ2ρ1=-iθ1θ2,

(2.11)

so that the Hamiltonian in (2.10) can also be written as H = ωS3. As a vector the angular momentum points out of the θ1-θ2-plane. Therefore, we consider the two-dimensional fermionic oscillator as embedded into a three-dimensional fermionic space with coordinates θ1, θ2, and θ3. Note that we choose both for the fermionic space and momentum coordinates the units .

Quantizing the fermionic oscillator [6] involves a star product that is given by

(2.12)

We will call this star product the Clifford star product because it leads to a cliffordization of the Grassmann algebra of the θi. This can be seen by considering the star-anticommutator that is given by

{θi,θj} C=θi Cθj+θj Cθi= δij.

(2.13)

Since the Grassmann variables

(2.14)

fulfill the relations

(2.15)

with [σi,σj] C=σi Cσj-σj Cσi, they correspond to the Pauli matrices. From equations Figs. (2.11) and (2.14) it follows that and . Note that {1, σ1, σ2, σ3} is a basis of the even subalgebra of the Grassmann algebra and that this space is also closed under C multiplication.

In the space of Grassmann variables there exists an analogue of complex conjugation, which is called the involution. As in [8] it can be defined as a mapping , satisfying the conditions

(2.16)

where c is a complex number and its complex conjugate. For the generators θi of the Grassmann algebra we assume , so that for σi defined in (2.14) the relation holds true. This corresponds to the fact that the 2 × 2 Pauli matrices are hermitian.

We now define the Hodge dual for Grassmann numbers with respect to the metric δij. The Hodge dual maps a Grassmann monomial of grade r into a monomial of grade dr, where d is the number of Grassmann basis elements (which is in our case three):

(2.17)

With the help of the Hodge dual one can define a trace as

(2.18)

The integration is given by the Berezin integral for which we have ∫dθiθj= δij, where the on the right-hand side is due to the fact that the variables θi have units of . The only monomial with a non-zero trace is 1, so that by the linearity of the integral we obtain the trace rules

(2.19)

With the fermionic star product (2.12) one can—as in the bosonic case—calculate the energy levels and the -eigenfunctions of the fermionic oscillator. This can be done with the fermionic star exponential

(2.20)

where the Wigner functions are given by

(2.21)

The fulfill the -genvalue equation for the energy levels . The Wigner functions are complete, idempotent and normalized with respect to the trace, i.e., they fulfill the equations

(2.22)

respectively. Furthermore, they correspond to spin up and spin down states since (2.21) corresponds to the spin projectors and the expectation values of the angular momentum are

(2.23)

where the spin was used with components of as defined in (2.14).

In the fermionic θ-space the spin is the generator of rotations, which are described by the star exponential

(2.24)

where we used the definition with rotation angle and a rotation axis given by the unit vector . The vector transforms passively according to

(2.25)

with being the well-known SO (3) rotation matrix. The axial vector transforms in the same way. Note that the passive transformation (2.25) of the θi amounts to an active transformation of the components xi in the vector .

3. Geometric algebra and the Clifford star product

Starting point for geometric algebra [1] and [3] is an n-dimensional vector space over the real numbers with vectors a,b,c, … A multiplication, called geometric product, of vectors can then be denoted by juxtaposition of an indeterminate number of vectors so that one gets monomials A, B, C, … These monomials can be added in a commutative and associative manner: A + B = B + A and (A + B) + C = A + (B + C), so that they form polynomials also denoted by capital letters. The so obtained polynomials can be multiplied associatively, i.e., A (BC) = (AB) C and they fulfill the distributive laws (A + B) C = AC + BC and C (A + B) = CA + CB. Furthermore, there exists a null vector a0 = 0 and the multiplication with a scalar λa = aλ, with . The connection between scalars and vectors can be given if one assumes that the product ab is a scalar iff a and b are collinear, so that is the length of the vector a. These axioms define now the Clifford algebra Cℓ (V) and the elements A, B, C, … of Cℓ (V) are called Clifford or c-numbers.

Характеристики

Тип файла
Документ
Размер
8,1 Mb
Тип материала
Высшее учебное заведение

Список файлов учебной работы

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
6417
Авторов
на СтудИзбе
307
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее