¿Cómo funciona la regularización / renormalización?

Heurísticamente, la idea detrás de la renormalización es expresar cantidades observables en términos de otros observables, permitiendo que el comportamiento “ salvaje ” sea absorbido por los parámetros de su modelo.

En la práctica, a menudo se encuentran algunas series de potencia divergentes que relacionan los parámetros de su modelo con los observables (la ‘regularización’ solo garantiza que los coeficientes en sí mismos no sean infinitos). Digamos que su modelo tiene solo un parámetro [math] m [/ math], y ha llegado a dos “predicciones físicas” (es decir, dos series formales de potencia que relacionan distintos observables físicos con el parámetro del modelo):
[matemáticas] p_1 (m) = \ sum_ {n \ geq 1} a_n m ^ n [/ matemáticas],
[matemáticas] p_2 (m) = \ sum_ {n \ geq 1} b_n m ^ n [/ matemáticas]
(tenga en cuenta que hemos establecido [math] a_0 = b_0 = 0 [/ math]; es importante que [math] p_1 [/ math] y [math] p_2 [/ math] se elijan para que estos términos constantes desaparezcan, por una razón que será evidente pronto).
Puede invertir una de las expansiones de la serie de potencia para obtener, digamos [math] m (p_1) [/ math], y sustituir esto en la expansión de otras predicciones como [math] p_2 [/ math].
El procedimiento de inversión estándar para obtener [math] m (p_1) [/ math] es a través de mapeo iterativo: escribimos
[math] m = \ frac {p_1} {a_1} – \ sum_ {n \ geq 2} \ frac {a_n} {a_1} m ^ n [/ math], y finge que el lado derecho es un mapeo de contracción para finalmente obtener [math] m (p_1) [/ math]. Mientras sus expansiones comiencen en orden lineal, los coeficientes hasta un orden dado dejarán de cambiar después de suficientes iteraciones. Si su modelo realmente solo tiene un parámetro [matemática] m [/ matemática], entonces debería obtener una expansión razonable de [matemática] p_2 [/ matemática] en términos de [matemática] p_1 [/ matemática] después de conectar [matemática] m (p_1) [/ math] en [math] p_2 (m) [/ math]. Si la serie de potencia para [matemática] p_2 (p_1) [/ matemática] todavía no tiene sentido, entonces su teoría no es predictiva para [matemática] p_2 [/ matemática] cuando solo conoce [matemática] p_1 [/ matemática], y puede Necesita parámetros adicionales.

Algunas referencias:
Teoría de campo, el grupo de renormalización y fenómenos críticos (Amit, Martin-Meyer, cap. 6-8)
Teoría del campo cuántico y el modelo estándar (Schwartz)
La teoría cuántica de los campos vol. I (Weinberg, cap. 10.3, 11,12, (13))
Una introducción a la teoría cuántica de campos (Peskin y Schroeder)

GH Hardy, el conocido matemático de principios del siglo XX, escribió la Serie Divergente, repleta de técnicas para lidiar con sumas divergentes. Me he olvidado de la mayoría de ellos.

Un truco que a menudo es útil es hacer que los términos sean un poco más complicados, agregando un parámetro arbitrario. El término T_n podría ganar un factor como cos (nt) o exp (-nt), o t ^ (- n) o sumar tal cosa. El resultado que desea es cuando t = 0, o t = 1 en el último ejemplo, pero el análisis se realizó para el caso general.

Si los términos se alternan en signo, o la serie se modifica de alguna manera para que lo hagan, puede ser útil tomar los términos en pares.

El famoso caso antiguo de 1 + 2 + 4 + 8 + 16 + … se resuelve multiplicando por 2 y restando de la serie original. Para las series más desordenadas que surgen en la física de la vida real, puede que no haya ningún factor obvio para multiplicar y luego restar, pero a veces un teórico inteligente tiene suerte y encuentra ese factor.

La diferenciación con respecto a algún parámetro, tal vez uno agregado artificialmente como los ejemplos cos (nt), etc. mencionados, puede conducir a una serie más fácil de manejar. Solo asegúrese de tener una manera de relacionar los resultados con la serie original para la que se desea un resultado.

Si la serie es una función de alguna variable z, una serie de potencia en z, entonces quizás la continuación analítica ayudará. Reescribe la serie como una expansión sobre algún nuevo punto z0. Reemplace z con (z-z0) y diviértase.

En general, si tiene una expresión divergente y supone que no ha cometido un error al calcular algo mal definido, entonces tiene que sentarse y pensar realmente qué significa esa divergencia. Hay muchas formas de regular una expresión, pero la forma correcta de regular la expresión depende de cómo va a utilizar el resultado.

Con mayor frecuencia en física, surgen divergencias cuando modela un sistema físico con un lagrangiano o hamiltoniano y se vuelve sensible al comportamiento de corta distancia del sistema. Por lo general, esto significa que los parámetros con los que definió su teoría no son los que se miden y debe definir su teoría con los parámetros medibles. Para la mayoría de los sistemas, solo necesita un número finito de estas mediciones para obtener los efectos dominantes correctos.

A veces las divergencias son de una variedad diferente y no puede utilizar los procedimientos normales. Con frecuencia te has topado con una contradicción y aunque puedes crear una receta ad hoc para deshacerte de la divergencia, es basura adentro, basura afuera.

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