旋量

ηmn(1,1,1,1),与度规相同,反称张量在SL(2,C)下不变

εαβ=(0110)εαβ=(0110)

εαβ=MαγMβδεγδεαβ=εγδMγαMδβ

分别服从Lorentz群旋量表示(1/2,0),(0,1/2)下变换关系的 ψ,ψ¯ 称为Weyl旋量

ψα=εαβψβψα=εαβψβ

ψα=Mαβψβψ¯α˙=(M)α˙β˙ψ¯β˙

ψα=M1βαψβψ¯α˙=(M)1β˙α˙ψ¯β˙

Weyl旋量直和可得Dirac旋量Majorana旋量,服从Lorentz群四维表示下变换关系

ΨD=(χαψ¯α˙)ΨM=(χαχ¯α˙)

约定以下记号,默认旋量分量乘积服从反交换律

ψχ=ψαχα=ψαχα=χαψα=χψ

ψ¯χ¯=ψ¯α˙χ¯α˙=ψ¯α˙χ¯α˙=χ¯α˙ψ¯α˙=χ¯ψ¯

(χψ)=(χαψα)=ψ¯α˙χ¯α˙=ψ¯χ¯=χ¯ψ¯

Sigma矩阵

σ0=(1001)σ1=(0110)

σ2=(0ii0)σ3=(1001)

γm=(0σmσ¯m0)γ5=γ0γ1γ2γ3=(i00i)

2×2 Hermitian矩阵可分解为σm的实系数线性组合,洛伦兹变换保持其行列式不变

P=Pmσm

P=MPmσmM

由此可得σ指标结构与升降规律

σ¯mα˙α=εα˙β˙εαβσββ˙m

双旋量和矢量可以通过σ相互转化

vαα˙=σαα˙mvmvm=12σ¯mα˙αvαα˙

Lorentz群生成元在旋量表示下可写为

σαmnβ=14(σαα˙mσ¯nα˙βσαα˙nσ¯mα˙β)

σ¯β˙mnα˙=14(σ¯mα˙ασαβ˙nσ¯nα˙ασαβ˙m)

γ相似,σ具有以下性质,式中 ε0123=1

σ¯0=σ0σ¯1,2,3=σ1,2,3

trσmσ¯n=2ηmn

σαα˙mσ¯mβ˙β=2δαβδα˙β˙

(σmσ¯n+σnσ¯m)αβ=2ηmnδαβ

(σ¯mσn+σ¯nσm)β˙α˙=2ηmnδβ˙α˙

σαmnα=0

σαmnβεβγ=σγmnβεβα

εabcdσcd=2iσab

εabcdσ¯cd=2iσ¯ab

σαα˙mσββ˙nσαα˙nσββ˙m=2[(σmnε)αβεα˙β˙+(εσ¯mn)α˙β˙εαβ]

σαα˙mσββ˙n+σαα˙nσββ˙m=ηmnεαβεα˙β˙+4(σlmε)αβ(εσ¯ln)α˙β˙

trσmnσkl=12(ηmkηnlηmlηnk)i2εmnkl

σaσ¯bσc+σcσ¯bσa=2(ηacσbηbcσaηabσc)

σ¯aσbσ¯c+σ¯cσbσ¯a=2(ηacσ¯bηbcσ¯aηabσ¯c)

σaσ¯bσcσcσ¯bσa=2iεabcdσd

σ¯aσbσ¯cσ¯cσbσ¯a=2iεabcdσ¯d

旋量代数

θαθβ=12εαβθθθαθβ=12εαβθθ

θ¯α˙θ¯β˙=12εα˙β˙θ¯θ¯θ¯α˙θ¯β˙=12εα˙β˙θ¯θ¯

θσmθ¯θσnθ¯=12θθθ¯θ¯ηmn

(θϕ)(θψ)=12(ϕψ)(θθ)(θ¯ϕ¯)(θ¯ψ¯)=12(ϕ¯ψ¯)(θ¯θ¯)

εαβθβ=θα

εαβθαθβθθ=4εα˙β˙θ¯α˙θ¯β˙θ¯θ¯=4

χσmψ¯=ψ¯σ¯mχ(χσmψ¯)=ψσmχ¯

χσmσ¯nψ=ψσnσ¯mχ(χσmσ¯nψ)=ψ¯σ¯nσmχ¯

(ϕψ)χ¯α˙=12(ϕσmχ¯)(ψσm)α˙