Espansione di Goldstone Interazioni effettive Matrice G Sommario Il teorema di Gell-Mann Low afferma che se esiste ad ogni ordine perturbativo la seguente relazione allora questo stato è un autostato dell’hamiltoniano dove Sommario Il teorema di Goldstone afferma che la differenza tra l’energia di un sistema di particelle interagenti e quella di un sistema di particelle non interagenti, può essere espressa come: solo diagrammi connessi!! Sommario Consideriamo un sistema di A particelle fermioniche interagenti tramite un potenziale a due corpi vij Hamiltoniana imperturbata stati di particella singola Perturbazione U è un artificio matematico che accelera la convergenza dell’espansione di Goldstone Sommario L’energia totale del sistema e’ definita a partire da un’espansione perturbativa in H1 il proiettore esclude lo stato fondamentale come stato intermedio in seconda quantizzazione Regole di anticommutazione Sommario Esempio: al secondo ordine abbiamo t | 0 H1 Stato a 2 particelle/lacune ab lm | | H1 0 permutazione valore di aspettazione degli operatori di creazione e distruzione 1 E0 H0 Sommario Esempio: al secondo ordine abbiamo | a l | | H1 0 0 Stato a 1 particella/lacuna H1 Inserzione di un potenziale a un corpo Sommario Calcolo esplicito al primo ordine: Temine diretto (Hartree) Temine di scambio (Fock) Inclusione del potenziale a 1 corpo Energia di Hartree-Fock Regole per l’espansione di Goldstone (a) e (c) (b) e (d) Regole per l’espansione di Goldstone Regole per l’espansione di Goldstone Regole per l’espansione di Goldstone Regole per l’espansione di Goldstone ( ) 2+2+1+0 = 1 Matrice G Starting energy El Em En { Ee + Ed + Ea W Matrice G Starting energy W rimane la stessa perchè il resto del diagramma rimane lo stesso v!G Matrice G L’operatore di Pauli Q annichila uno stato a due particelle a meno che le particelle non siano entrambe sopra il livello di Fermi L’operatore e restituisce l’energia dello stato a due particelle meno W G è un operatore Hermitiano a due particelle Matrice G La stessa procedura può essere applicata ad ogni linea di interazione, in modo che si sostituisca ad ogni linea di interazione la matrice G Diagramma ridondante Matrice G Espansione di Brueckner-Goldstone Disegnare tutti i diagrammi connessi Eliminare i diagrammi irriducibili Diagrammi in cui due linee di interazione tra linee di particelle non appaiono mai l’una di Sostituire v con G seguito all’altra. Rimangono invariati gli elementi di matrice con le inserzioni U Matrice G Proprietà: v G(W ) = Q 1+ve v!1 ben definito (Q evita che e si annulli) funzione d’onda non perturbata funzione d’onda correlata Equazione di Bethe Goldstone (Lippmann-Schwinger |⇥⇥ = | ⇥ + 1 E H0 v|⇥⇥ ) Matrice G Equazione di Lippmann-Schwinger TkE1 k2 ,k0 1 k0 2 = v̄k1 k2 ,k0 1 k0 2 1 + v̄k1 k2 ,p1 p2 2 E Ring-Schuck, pgs. 156-163 1 (p21 /2m) (p22 /2m) +i TpE1 p2 ,k0 1 k0 2 indici di onde piane Equazione di Bethe-Goldstone la somma è ristretta agli stati vuoti (principio di Pauli) indici di modello a shell il fattore iη può essere trascurato per stati sopra Fermi Matrice G In forma operatoriale QF G = v̄ + v̄ G E H0 QF = X (m<n)> |mn⇥ mn| F In analogia con il caso della diffusione di due particelle libere a differenza del caso libero, non ho una funzione che si annulla per r ∞ Il denominatore non si annulla mai Matrice G (caso semplificato) V(r) ∞ c r Separiamo le variabili spaziali nelle coordinate del centro di massa e relative. Matrice G (caso semplificato) separazione in centro di massa e coordinata relativa Matrice G (caso semplificato) Consideriamo il caso di onda s, e separiamo l’integrazione in due parti funzioned’onda radiale ridotta con Matrice G (caso semplificato) Introducendo opportune variabili adimensionali nullo per x<c’=ckF all’interno del potenziale Matrice G (caso semplificato) k (r) k=0 healing distance kF rh ' 1.9 interparticle distance 1 N = ! kF d ' 2.46 3 d V La funzione d’onda si annulla all’interno del potenziale. Ritorna alla funzione d’onda imperturbata (uguale a 1 per k=0) ad una distanza r chiamata healing distance. In media, quindi, i nucleoni tornano dopo una collisione al loro stato di particella indipendente prima che una nuova collisione abbia luogo. Una gran parte della funzione d’onda consiste quindi di un determinante di funzioni di particella singola. Può essere considerata una giustificazione del modello a particelle indipendenti, il principio di Pauli sopprime le componenti a basso momento del processo di diffusione. Il nucleone si muove come una particella indipendente per gran parte del tempo Materia nucleare Materia nucleare Matrice G (materia nucleare) 1.Materia nucleare: sistema isotropico e omogeneo 2. Funzioni d’onda: onde piane 3. Il momento totale è conservato dal potenziale, quindi ogni determinante di Slater negli stati intermedi deve avere lo stesso momento totale dello stato fondamentale, cioè 0. ka kl 6= 0 |ka | > kF |kl | < kF 4. Solo alcuni diagrammi si salvano non si hanno diagrammi al secondo ordine Matrice G (materia nucleare) 1. ordine 2. ordine Nessun contributo Diagramma ridondante 3. ordine Alcuni diagrammi, in totale sono 22 Matrice G (materia nucleare) Funzione d’onda a due particelle imperturbata Coordinata CM Coordinata relativa Operatore energia Operatore esclusione di Pauli Momento CM Momento relativo Momenti individuali Matrice G (materia nucleare) Funzione d’onda a due particelle correlata Correlazione a due corpi Matrice G Matrice G (materia nucleare) Kernel Q=0 Q=1 Matrice G (materia nucleare) Connessione con la relazione di Lippmann-Schwinger: Q viene sostituito dall’operatore unità e l’energia E(k) è data dall’energia cinetica k0 momento iniziale Funzione d’onda diffusa Matrice G (materia nucleare) Nella materia nucleare Ψ si avvicina così velocemente alla funzione d’onda piana imperturbata che non esistono phase-shifts. Il motivo può essere compreso studiando l’integrando della definizione del Kernel: Non ci sono le singolarità che nel caso delle particelle libere danno origine a termini asintotici del tipo 1 ik0 r ⇠ r e Matrice G (materia nucleare, caso semplice) Consideriamo 2 particelle in un mare di Fermi con uguale ma opposto momento k0. In questo caso il momento totale è nullo e il momento relativo della funzione d’onda imperturbata è krs=k0. Assumiamo che l’energia sia calcolata on-shell W=2E(k0) F k0 k0 Matrice G (materia nucleare, caso semplice) nessuna singolarità Non c’è diffusione che conservi energia e quindi la funzione d’onda deve essere curata a grandi r Integrazione per parti termini di ordine r-2 Matrice G (materia nucleare, caso semplice) termini di ordine r-2 Dalla teoria dello scattering ho che termini di ordine r-1 L’incosistenza si risolve se δL=0 per ogni l Matrice G (materia nucleare, caso realistico) -16 MeV ρ0