QED重整化

高能QED裸Lagrangian

L=14(Fμν)2+ψ¯(im0)ψe0ψ¯γμψAμ

单电子和单光子传播子费曼图

定义重整化场,消去Feymann规则中的 Z2,Z3

ψ=Z21/2ψrAμ=Z31/2Arμ

L=Z34(Fμν)r2+Z2ψ¯r(im0)ψrZ2Z31/2e0ψ¯rγμψrAμr

利用低能下的观测电荷 e 与质量 m,省略重整化角标 r,可将Lagrangian写为低能物理项与微扰项之和

Z2Z31/2e0=e=Z1eZ2m0=m+δm

Zi=1+δi

L=(14Fμν2+ψ¯(im)ψeψ¯γμψAμ)+(δ34Fμν2+ψ¯(iδ2δm)ψeδ1ψ¯γμψAμ)

下文计算单圈修正下的 Zi,可得出电荷与质量对能标的依赖关系

反常磁矩

计算以下Feymann图,图中均为重整化场,虚光子 q2<0 ,令 Γμ=γμ+δαΓμ,在 α 一阶修正下

=u¯(p)δαΓμ(p,p)u(p)=d4k(2π)4igνρ(kp)2u¯(p)(ieγν)i(k+m)k2m2γμi(k+m)k2m2(ieγρ)u(p)=2ie2d4k(2π)4u¯(p)[kγμk+m2γμ2m(k+k)μ]u(p)(kp)2(k2m2)(k2m2)

计算中用到了以下等式

{a,b}=2abγνγμγν=2γμ{γμ,a}=2aμ

在计算积分之前,可将 Γμ 进一步简化,将 Γμ 写为以下形式

Γμ=Aγμ+B(p+p)μ+C(pp)μ

由Dirac方程,低能下可用 m 替代 p,p,因此 Γμ 系数仅与 q2 有关;由Ward等式,Mμqμ=0,因此 C=0;再由Gordon等式,可将 Γμ 写为以下形式

u¯(p)γμu(p)=u¯(p)[pμ+pμ2m+iσμνqν2m]u(p)σμν=i2[γμ,γν]

Γμ=γμF1(q2)+iσμνqν2mF2(q2)

e=Z1e 可得重整化条件

iZ1eΓμ(q=0)=ieγμΓμ(q=0)=Z11γμ

F1,F2 表示重整化 Dirac Lagrangian

LDirac=ψ¯(iγμ(μ+ieAμ)m)ψ=ψ¯(im)ψeψ¯γμF1(0)Aμψeψ¯(σμν2mF2(0)νAμ)ψ

Dirac方程平方成为

[(iμeF1(0)Aμ)2m2+e2σμνFμν(1+F2(0))+]ψ=0

Feymann参数

1A1A2An=01dx1dx2dxnδ(i=1nxi1)(n1)![x1A1+x2A2++xnAn]n

1(kp)2(k2m2)(k2m2)=01dxdydzδ(x+y+z1)2D3

D=l2Δ

l=k+yqzpΔ=xyq2+(1z)2m2