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Hermann eBooks

Systèmes intégrables et Théorie des champs quantiques

O. Lisovyy

Published Jan 15, 2009• 0 citations
Publisher

Abstract

A family of interacting local fields, generalizing disorder variables of the 2D Ising model, is constructed from free Dirac fermions on the lattice. We express vacuum expectation values of these fields and form factor expansions of their correlation functions in terms of determinants and inverses of Toeplitz matrices of remarkably simple form. 1

DOI
10.3917/herm.baird.2009.01.0371

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Sur les fonctions de corrélation des théories quantiques intégrables des champs à 1+1 dimensions Les théories quantiques des champs sont des modèles physiques permettant une description pertinente et très précise de nombreux systèmes quantiques lorsque les effets relativistes commencent à entrer en jeu. Les fonctions de corrélation, objets d'intérêt physique majeur car directement mesurables expérimentalement, peuvent y être calculées de façon perturbative par développements formels, du moins dans le cas de théories avec faibles interactions. En revanche, dans une théorie générique en plein régime d'interaction, un calcul explicite et non-perturbatif de ces fonctions reste hors de portée à ce jour. Dans cette thèse, nous nous intéressons à une classe particulière de théories quantiques des champs en 1+1 dimensions et qui sont intégrables. Pour celles-ci, il existe un nombre infini de charges conservées et une algèbre de symétries permettant ainsi, du moins en principe, d'avoir accès à des formules explicites pour toutes les grandeurs d'intérêt du modèle, en particulier les fonctions de corrélation. Afin de pouvoir obtenir ces expressions, les travaux de Karowski-Weisz, Kirillov-Smirnov ainsi que Zamolodchikov-Zamolodchikov, ont permis l'élaboration de l'approche du bootstrap intégrable. Cette méthode, applicable à une théorie quantique des champs 1+1 dimensionnelle et intégrable, prend ses racines dans l'approche historique de la matrice de diffusion (matrice S) proposée par Heisenberg et Wheeler. Elle ouvre la voie au calcul explicite des fonctions de corrélation du modèle à partir de l'expression explicite de la matrice S. Les résultats obtenus jusqu'alors concernent exclusivement les fonctions de corrélation à 2 points. Dans cette thèse, nous obtenons divers types de représentations en terme de séries d'intégrales multiples pour les fonctions de corrélation multipoints du modèle de Sinh-Gordon, qui est le modèle intégrable le plus simple non-trivial de théorie quantique des champs en 1+1 dimensions. Sous l'hypothèse que ces séries d'intégrales multiples convergent, nous avons démontré que celles-ci définissent des distributions tempérées satisfaisant les axiomes de Wightman. Ce résultat connecte donc l'approche du bootstrap intégrable au schéma usuel de la construction rigoureuse d'une théorie quantique des champs. Cette thèse explore aussi l'implémentation du bootstrap intégrable pour certains corrélateurs du modèle de Sine-Gordon. Ce modèle exhibe une structure bien plus complexe en raison de la présence d'états liés, les breathers, et de degrés de liberté ayant des saveurs, les solitons/antisolitons.Pour ce modèle, nous avons pu calculer par la méthode de l'ansatz de Bethe off-shell les expressions explicites pour les facteurs de forme associés aux opérateurs "exponentielle du champ" et à ses variantes ne préservant pas la charge. Nos résultats sont en accord avec diverses conjectures obtenues précédemment par Lukyanov dans le cadre de la quantification angulaire. Nous rappelons ici que les facteurs de formes constituent les briques élémentaires permettant de calculer les fonctions de corrélation.

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ntegrable models in statistical mechanics and quantum field theory constitute a rich research field at the crossroads of modern mathematics and theoretical physics. An important issue to understand is the space of local operators in the system and, ultimately, their correlation functions and form factors. This book is the first published monograph on this subject. It treats integrable lattice models, notably the six-vertex model and the XXZ Heisenberg spin chain. A pair of fermions is introduced and used to create a basis of the space of local operators, leading to the result that all correlation functions at finite distances are expressible in terms of two transcendental functions with rational coefficients. Step-by-step explanations are given for all materials necessary for this construction, ranging from algebraic Bethe ansatz, representations of quantum groups, and the Bazhanov-Lukyanov-Zamolodchikov construction in conformal field theory to Riemann surfaces and their Jacobians. Several examples and applications are given along with numerical results.

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Les facteurs de forme et les fonctions de corrélation déterminent les quantités dynamiques mesurables associées aux modèles de théorie des champs et de mécanique statistique. Dans le cas de modèles intégrables en dimension 2, au-delà des propriétés du spectre ou de la fonction de partition, un des grands défis actuels concerne le calcul exact des facteurs de forme et des fonctions de corrélation.Le but de cette thèse est de développer une approche permettant de résoudre ce problème dans le cadre de la méthode de séparation des variables quantique de Skyanin. Cette méthode généralise au cas quantique et pour des systèmes avec un grand nombre de degrés de liberté la méthode de Hamilton-Jacobi en mécanique analytique. Le Hamiltonien est exprimé avec des opérateurs séparés, son spectre et ses états propres caractérisés par un système d'équations de Baxter résultant des structures algébriques de Yang-Baxter, caractéristiques de l'intégrabilité de ces modèles.Cette thèse a permis, pour les modèles de sine-Gordon (théorie des champs quantique) et de Potts chiral (modèle de physique statistique), le calcul des produits scalaires entre états propres du Hamiltonien, la résolution du problème inverse, i. e. l'expression des opérateurs du modèle en termes des variables séparées, ainsi que le calcul en termes de déterminants des facteurs de forme, i. e. des éléments de matrice des opérateurs locaux du modèle dans la base propre du Hamiltonien, ce qui constitue un pas important vers le calcul des fonctions de corrélation de ces modèles.

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Abstract At the heart of a quantum field theory are the correlation functions of the various fields. In the case of integrable models, the correlators can be expressed in terms of the spectral series based on the matrix elements on the asymptotic states. These matrix elements, also known as form factors, satisfy a set of functional and recursive equations that can exactly solved in many cases of physical interest. Chapter 19 covers general properties of form factors, Faddeev–Zamolodchikov algebra, symmetric polynomials, kinematical and bound state poles, the operator space and kernel functions, the stress-energy tensor and vacuum expectation values and the Ising model in a magnetic field.
We study the asymptotic behavior, for large separations, of the spin-spin correlation function $〈{\ensuremath{\sigma}}_{0,0}{\ensuremath{\sigma}}_{M,N}〉$ in the two-dimensional Ising model, where the two spins are not necessarily on the same row. Besides the limiting value for infinite separation, which is the square of the spontaneous magnetization, we evaluate the two leading terms in the asymptotic expression in each of the two cases T<TcT<{T}_{c}T<Tc​ and T>TcT>{T}_{c}T>Tc​. It is found that the nearest singularity of the generating function for the correlation is quite simple in the case T>TcT>{T}_{c}T>Tc​, but much more complicated for T<TcT<{T}_{c}T<Tc​. In an Appendix, we also give exactly in a very simple form the correlation $〈{\ensuremath{\sigma}}_{0,0}{\ensuremath{\sigma}}_{N,N}〉$ for symmetrical Ising lattice at the critical temperature Tc{T}_{c}Tc​.
Les facteurs de forme et les fonctions de corrélation déterminent les quantités dynamiques mesurables associées aux modèles de théorie des champs et de mécanique statistique. Dans le cas de modèles intégrables en dimension 2, au-delà des propriétés du spectre ou de la fonction de partition, un des grands défis actuels concerne le calcul exact des facteurs de forme et des fonctions de corrélation.Le but de cette thèse est de développer une approche permettant de résoudre ce problème dans le cadre de la méthode de séparation des variables quantique de Skyanin. Cette méthode généralise au cas quantique et pour des systèmes avec un grand nombre de degrés de liberté la méthode de Hamilton-Jacobi en mécanique analytique. Le Hamiltonien est exprimé avec des opérateurs séparés, son spectre et ses états propres caractérisés par un système d'équations de Baxter résultant des structures algébriques de Yang-Baxter, caractéristiques de l'intégrabilité de ces modèles.Cette thèse a permis, pour les modèles de sine-Gordon (théorie des champs quantique) et de Potts chiral (modèle de physique statistique), le calcul des produits scalaires entre états propres du Hamiltonien, la résolution du problème inverse, i. e. l'expression des opérateurs du modèle en termes des variables séparées, ainsi que le calcul en termes de déterminants des facteurs de forme, i. e. des éléments de matrice des opérateurs locaux du modèle dans la base propre du Hamiltonien, ce qui constitue un pas important vers le calcul des fonctions de corrélation de ces modèles.