유효장론

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양자장론
파인만 도표
역사
배경 필드 이론 전자기학 약한 힘 강한 힘 양자역학 특수상대성이론 일반상대성이론 게이지 이론 양밀스 이론
대칭 양자역학에서의 대칭성 C대칭성 P대칭성 T대칭성 로렌츠 대칭 푸앵카레 대칭 게이지 대칭 명시적 대칭 파괴 자발적 대칭 깨짐 노에테르 전하 위상 전하
도구들 이상 백그라운드 필드 방식 BRST 양자화 상관 함수 건널목 효과적인 조치 유효장론 기대치 파인만 도표 격자장론 LSZ 환원식 파티션 함수 전파자 양자화 정규화 재규격화 진공 상태 윅의 정리
방정식 디랙 방정식 클라인-고든 방정식 프로카 방정식 휠러-드윗 방정식 바르그만-위그너 방정식
표준 모델 양자 전기 역학 전약 상호작용 양자 색역학 힉스 메커니즘
불완전한 이론 끈 이론 초대칭성 테크니컬러 만물의 이론 양자 중력
과학자 앤더슨 앤셀름 아티야 바르그만 베치 벨라빈 벤더 베테 비요켄 블루어 보고리유보프 브로드스키 브루트 갈색 부흐홀츠 캘런 캐스웰 콜먼 코네스 대심 디윗 디락 도플리셔 다이슨 영어 파디예프 파딘 페르미 파인만 피어즈 폭 프레드하겐 프리츠히 프뢰리히 털로 덮인 글래쇼 글림 겔판드 겔만 골드스톤 그리보프 징그러워 굽타 구랄니크 하그 하이젠베르크 헤프 힉스 하겐 '호프트 없음' 일리오풀로스 잇지슨 이바넨코 재키우 재페 요나 라시니오 조던 조스트 케렌 카플란 카스트라 켄달 키블 클레바노프 콘체비치 쿠라에프 새끼 양 란다우 이씨 이씨 레만 르페 리파토프 낮다 뤼더즈 마이아니 마요라나 말라세나 미그달 밀스 뮐러 나이마크 남부 네베우 니시지마 오메 오펜하이머 오스터발더 파리시 파울리 폴리처 폴랴코프 포메란추크 포포브 프로카 루바코프 루엘레 살람 슈바르츠 슈윙거 시갈 세이베루 세메노프 쉬르코프 스카이르메 스토라 슈투켈베르크 수다르산 시만지크 삼키다 토모나가 튜틴 벨트만 비라소로 워드 와인버그 바이스코프 웬첼 웨스 베테리히 와일 윅 와이트먼 위그너 빌체크 윌슨 위튼 양 유카와 자몰로드치코프 자몰로드치코프 짐머만 진 쥐스틴 주버 주미노
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물리학에서, 유효장 이론은 양자장 이론이나 통계 역학 모델과 같은 기초 물리 이론에 대한 근사 또는 효과적인 이론의 한 종류입니다.효과적인 장 이론은 선택한 길이 척도 또는 에너지 척도로 발생하는 물리적 현상을 설명하는 적절한 자유도를 포함하며, 짧은 거리(또는 동등하게 높은 에너지)에서는 하위 구조와 자유도를 무시한다.직관적으로, 더 긴 길이의 척도로 단순화된 모델이 되기를 바라는 것을 도출하기 위해 짧은 길이의 척도로 기본 이론의 행동에 대한 평균을 구한다.효과적인 장 이론은 일반적으로 관심의 길이 척도와 기본 역학의 길이 척도가 크게 분리될 때 가장 잘 작동한다.효과적인 장 이론은 입자 물리학, 통계 역학, 응축 물질 물리학, 일반 상대성 이론, 그리고 유체 역학에서 사용되었습니다.계산을 단순화하고 산란 및 방사선 ^[1][2]효과를 치료할 수 있습니다.

재규격화 그룹

현재, 유효 필드 이론은 단거리 자유도를 통합하는 과정이 체계적으로 이루어지는 재규격화 그룹(RG)의 맥락에서 논의되고 있다.이 방법은 효과적인 필드 이론을 실제로 구축할 수 있을 만큼 구체적이지 않지만, RG 분석을 통해 그 유용성에 대한 전반적인 이해가 명확해진다.이 방법은 또한 대칭 분석을 통해 효과적인 필드 이론을 구성하는 주요 기술에 신뢰성을 부여한다.만약 현미경 이론에서 단일 질량 척도 M이 있다면, 유효 자기장 이론은 1/M의 팽창으로 볼 수 있다.어느 정도 1/M의 제곱으로 정확한 유효 자기장 이론을 구축하려면 1/M 단위의 팽창 순서마다 새로운 자유 파라미터 세트가 필요합니다.이 기법은 최대 운동량 척도 k가 k/M11 조건을 만족하는 산란 및 기타 공정에서 유용하다. 유효장 이론은 작은 길이의 척도에서는 유효하지 않기 때문에 다시 정규화할 필요가 없다.실제로 효과적인 자기장 이론에 필요한 1/M 단위의 각 차수의 파라미터의 수는 두 매개변수의 재규격화만 필요로 하는 양자 전기역학과는 같은 의미에서 일반적으로 재규격화가 불가능하다는 것을 의미합니다.

재규격화는 자연성 패러다임이라는 요구와 모순된다.척도 불변성에 대한 몇 가지 증거가 있습니다.다른 관점에서는 N-body 문제, 3-body 문제에 의해 발견된 다입자 문제의 해결책을 계산할 수 있는 능력을 넘어서는 문제의 결과이다.안정성 영역과 같은 3체 문제에 근접하게 향상된 기능이 새로운 솔루션에 대한 증거를 제공합니다.많은 입자가 포함되지 않는 것은 표준 모델에 대한 엄격한 제한입니다.

인터넷에는 비평가들에 대한 통찰력을 제공하는 피터 보이트의 블로그가 있다.예를 들어, Lee Smolin의 출판물을 보세요.그는 실험 결과를 기술하기 위한 모델에서 특히 효과적인 분야와 관련된 주요 결점들 중 일부를 다룬 The trouble with Physics라는 논문을 출판했습니다.모델은 이론이 아니지만 종종 오인된다.

재규격화는 많은 면에서 이론과 다르다. 그것은 단지 섭동 근사이다.이것을 이론이라고 부르는 주된 문제는 반증 가능성이다.이것은 특정 실험 결과를 모델링하기 위한 목적으로 만들어졌습니다.따라서 이러한 결과에 부합하며 첫 번째 응용 프로그램에 대해 보다 광범위한 대표 오버샷을 나타내는 수학적 방법론을 사용하는 것 외에는 일반화가 되지 않습니다.예를 들어 과학 이론과 비교해 보십시오.

효과적인 필드 이론의 예

페르미 베타 붕괴 이론

효과적인 장 이론의 가장 잘 알려진 예는 베타 붕괴의 페르미 이론이다.이 이론은 약한 붕괴를 겪고 있는 강입자와 렙톤만 알려진 핵의 약한 붕괴에 대한 초기 연구 중에 개발되었다.조사된 전형적인 반응은 다음과 같다.

${\displaystyle {n}n&\to p+e^{-}+{\overline {nu}_{e}+{\mu}.\end { aligned}}$

이 이론은 이러한 반응에 관련된 네 개의 페르미온 사이에 점 같은 상호작용을 가정했다.이 이론은 큰 현상학적 성공을 거뒀고 결국 입자 물리학의 표준 모델의 일부를 형성하는 전약 상호작용의 게이지 이론에서 비롯된 것으로 이해되었습니다.이 보다 근본적인 이론에서, 상호작용은 맛을 바꾸는 게이지 보손인 W에^± 의해 매개된다.페르미 이론의 엄청난 성공은 W 입자가 약 80GeV의 질량을 가지고 있는 반면, 초기 실험은 모두 10MeV 미만의 에너지 척도로 이루어졌기 때문이다.이러한 규모의 분리는 지금까지 다른 어떤 상황에서도 충족되지 않았다.

BCS 초전도 이론

또 다른 유명한 예는 초전도 BCS 이론이다.여기서 근본적인 이론은 포논이라고 불리는 격자 진동과 상호작용하는 금속의 전자의 이론이다.포논은 일부 전자 사이에 매력적인 상호작용을 일으켜 쿠퍼 쌍을 형성하게 합니다.이들 쌍의 길이 척도는 포논의 파장보다 훨씬 크기 때문에 포논의 역학을 무시하고 두 전자가 한 점에서 효과적으로 상호작용하는 이론을 구축할 수 있다.이 이론은 초전도 실험의 결과를 기술하고 예측하는 데 괄목할 만한 성공을 거두었다.

중력에서의 유효장 이론

일반 상대성 이론 자체는 끈 이론이나 루프 양자 중력 같은 양자 중력의 전체 이론의 낮은 에너지 유효 장 이론이 될 것으로 예상된다.팽창 척도는 플랑크 질량이다.효과적인 자기장 이론은 일반 상대성 이론, 특히 영감을 주는 유한 크기 ^[3]물체의 중력파 신호를 계산하는 데 있어 문제를 단순화하는 데 사용되었습니다.GR에서 가장 일반적인 EFT는 "비상대론적 일반상대성"(NRGR)^[4][5][6]으로, 이는 포스트 뉴턴 ^[7]팽창과 유사하다.또 다른 일반적인 GR EFT는 Extreme Mass Ratio(EMR; 극질량비)로, 흡기 문제에서는 EMRI라고 불립니다.

기타 예

현재, 효과적인 현장 이론은 많은 상황에 대해 쓰여져 있다.

• 핵물리학의 주요 분야 중 하나는 양자 강체역학으로, 강입자의 상호작용은 양자 색역학의 기본 이론에서 파생되어야 하는 장 이론으로 취급된다.양자 강체역학은 핵력의 이론이며, 양자 색역학은 강한 상호작용의 이론이고 양자 전기역학은 전자기력의 이론이다.여기서 길이 척도의 작은 분리 때문에, 이 효과적인 이론은 분류적인 힘을 가지고 있지만, 페르미 이론의 눈부신 성공은 아니다.
• 입자 물리학에서 키랄 섭동 이론이라고 불리는 QCD의 효과적인 장 이론은 더 나은 ^[8]성공을 거두었다.이 이론은 자발적인 키랄 대칭 파괴의 골드스톤 보손인 파이온 또는 카이온과 강입자의 상호작용을 다룬다.확장 파라미터는 파이온 에너지/모멘텀입니다.
• 하나의 무거운 쿼크를 포함하는 하드론의 경우, 무거운 쿼크 유효 이론이라고 불리는 쿼크 질량의 힘으로 확장되는 효과적인 자기장 이론이 유용한 것으로 밝혀졌다.
• 두 개의 무거운 쿼크를 포함하는 하드론의 경우, 비상대론적 QCD(NRQCD)라고 불리는 무거운 쿼크의 상대 속도의 힘으로 확장되는 효과적인 자기장 이론은 특히 격자 QCD와 함께 사용될 때 유용한 것으로 밝혀졌다.
• 광에너지(공선) 입자와 강입자 반응의 경우, 저에너지(연) 자유도와의 상호작용은 연공선 유효 이론(SCET)에 의해 설명된다.
• 응집 물질 물리학의 대부분은 연구되는 물질의 특정한 특성에 대한 효과적인 장 이론을 쓰는 것으로 구성되어 있다.
• 유체역학은 또한 유효장 이론을^[9] 사용하여 처리될 수 있다.

「 」를 참조해 주세요.

• 폼 팩터(양자장 이론)
• 재규격화 그룹
• 양자장론
• 양자소용성
• 긴츠부르크 란다우 이론

레퍼런스

책들

• A.A.Petrov와 A.Blechman, "유효한 필드 이론", 싱가포르:World Scientific (2016).ISBN 978-981-4434-92-8
• C.P. 버지스, "유효한 필드 이론의 입문", 캠브리지 대학 출판부 (2020).ISBN 978-052-1195-47-8

외부 링크

• Birnholtz, Ofek; Hadar, Shahar; Kol, Barak (1998). "Effective Field Theory". arXiv:hep-ph/9806303.
• Hartmann, Stephan (2001). "Effective Field Theories, Reductionism and Scientific Explanation" (PDF). Studies in History and Philosophy of Science Part B: Studies in History and Philosophy of Modern Physics. 32 (2): 267–304. Bibcode:2001SHPMP..32..267H. doi:10.1016/S1355-2198(01)00005-3.
• Birnholtz, Ofek; Hadar, Shahar; Kol, Barak (1997). "Aspects of Heavy Quark Theory". Annual Review of Nuclear and Particle Science. 47: 591–661. arXiv:hep-ph/9703290. Bibcode:1997ARNPS..47..591B. doi:10.1146/annurev.nucl.47.1.591. S2CID 13843227.
• 유효장 이론(상호작용, 대칭 파괴 및 유효장 - 쿼크에서 핵까지).Jacek Dobaczewski의 인터넷 강의)