[論文レビュー] Irreversibility in quantum field theory

Claus Kiefer|arXiv (Cornell University)|Jan 4, 1995

Quantum Mechanics and Applications参考文献 4被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、量子電磁力学におけるデコherence——不可逆性へとつながる——がどのように量子場理論に応用できるかを示している。電荷のスーパーセレクションと巨視的電磁場と電荷の相互作用を分析することで、環境とエンタングルすることによって量子系が古典的性質を獲得する仕組みを明らかにし、その過程でゲージ不変性が保たれることを示している。

ABSTRACT

It is shown how the programme of decoherence can be applied in the context of quantum field theory. To illustrate the role of gauge invariance, we first discuss the charge superselection rule in quantum electrodynamics in some detail. We then present an example where macroscopic electromagnetic fields are ``measured" through interaction with charges and thereby rendered classical.

研究の動機と目的

• 量子力学におけるデコherenceの概念を量子場理論へと拡張すること。
• 量子電磁力学における古典的性質の出現にあたってゲージ不変性が果たす役割を明確化すること。
• 巨視的電磁場が電荷と相互作用することで、どのように効果的に古典的になるかを示すこと。
• デコherence機構が局所的U(1)不変性を含む基本的対称性を損なわないように保証すること。
• ゲージ理論における量子から古典への転移を理解するための場理論的枠組みを提供すること。

提案手法

• 古典的性質の基礎として、量子電磁力学における電荷のスーパーセレクション則を分析する。
• 測定過程を模倣するために、巨視的電磁場と電荷の集合との相互作用をモデル化する。
• 量子場理論におけるエンタングルされた場-電荷系に、標準的なデコherence形式主義を適用する。
• 環境の電荷とエンタングルすることによって、場の自由度における量子コherーエンスの喪失を追跡する。
• 導かれたすべての力学的過程が、局所的U(1)ゲージ対称性と整合することを保証する。
• 環境による干渉抑制を記述するための場理論的アプローチを用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子場理論の文脈において、どのようにしてデコherenceを一貫して適用できるか？
• RQ2 ゲージ不変性は、電磁場における古典的性質の出現にどのような役割を果たすか？
• RQ3 ゲージ対称性を破ることなく、巨視的電磁場が電荷と相互作用することで効果的に古典的になることは可能か？
• RQ4 環境による誘発デコherenceプロセスは、量子場理論における基本的対称性をどのように保っているか？
• RQ5 場理論的設定において、どのような条件下で量子場の不可逆的古典化が生じるか？

主な発見

• 量子場理論におけるデコherenceは、巨視的電磁場における量子干渉の抑制を引き起こす。
• 電荷のスーパーセレクション則は、環境の電荷の数が非常に多いことに起因して自然に出現する。
• ゲージ不変性は、デコherenceプロセスの全過程を通じて保たれ、量子電磁力学と整合的である。
• 巨視的場は測定崩壊によってではなく、環境の自由度とエンタングルすることによって古典的になる。
• 環境の自由度の数が多いため、観測可能な時間スケールでは古典化が不可逆的である。
• このモデルは、基本的対称性を損なわず、ゲージ理論における量子から古典への転移を一貫した枠組みで提供する。