ガウス積分がひっくり返る
AI 生成・木下が未勉強
場の量子論入門 第7部 第4章 §7.4.2 ★★ ボゾンは 、フェルミオンは 。この逆転がすべての源
例題 4.1(Grassmann のガウス積分)
オリジナル複素 Grassmann 数の組 とその共役 (互いに独立な 4 個の Grassmann 数)に対して、 行列 (成分は通常の複素数)を用いた積分
を計算し、 を示せ。積分の規格化は に取る。
解答
指数の肩を と書く。 は Grassmann 数を 2 個含むので通常の数のように可換に扱えて、 の展開は の項(4 個すべてを含む項)で止まる。Berezin 積分は「すべての変数を 1 個ずつ含む項の係数だけを拾う」操作なので、 の項だけが残る。
から、生き残るのは かつ の項だけである。 と 、 と の 4 通りを書き下すと、 は の入れ替えの 2 重計上を打ち消すので、 に固定して 2 倍したものに等しい。
第 1 項は既に の順に並んでいて、係数は である。第 2 項は の順であり、 を左から 3 番目の位置( のすぐ右)まで移す。3 個の Grassmann 数を追い越すので符号は 、
すなわち係数は である。合わせて
規格化 の下で となる符号を両方の変数について取ると、 を得る(検算済み)。 でも同様で、 の展開が の並べ替えの符号込みの和を作り、それが行列式の定義(置換の符号付き和)そのものになる。
例題 4.2(Grassmann の変数変換とヤコビアン)
オリジナル 個の Grassmann 数を ( は通常の数を成分に持つ正則行列)と変換したとき、測度が に従うことを示せ。
解答
Berezin 積分は「すべての変数を 1 個ずつ含む項の係数を拾う」操作なので、規格化 を基準に取ればよい。変換を代入すると
であり、 が反可換なので添字がすべて相異なる項だけが残る。そのとき ( は を に移す置換)なので、残った和は置換の符号付き和、すなわち行列式の定義そのものである。
両方の変数系で規格化 を保つには、測度が でなければならない。通常の実変数では であったから、ヤコビアンもまた逆向きに現れる。前の例題で Gauss 積分が そのものになったことと、この逆転は同じ根を持っている。
一方、通常の(可換な)変数の Gauss 積分は例題 2.1 で見たとおり に比例した。複素変数なら である。可換な変数では行列式が分母に、反可換な変数では分子に現れる。実数型の変数どうしを比べれば と 、複素型どうしを比べれば と であり、どちらの比較でも指数の符号だけが反転している。この反転が、以下で見るフェルミオンループの 、そして第 5 章のゴースト場の由来である。
木下の勉強ステータス
木下はまだこの記事を勉強していません。
AI(Claude)が書いた教材を、木下が勉強しながら公開しています。式と数値は検算していますが、誤りが残っているかもしれません。誤りのご指摘・削除のご依頼をいただければ直します。 連絡先:support@tecktom.com
← AI生成教科書『基礎理論』の記事一覧へ