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Schwinger–Dyson equation

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4040: 3344: 4035:{\displaystyle {\begin{aligned}&\langle \psi \mid {\mathcal {T}}\{\varphi (x_{0})\varphi (x_{1})\varphi (x_{2})\varphi (x_{3})\}\mid \psi \rangle \\={}&iD(x_{0},x_{1})\langle \psi \mid {\mathcal {T}}\{\varphi (x_{2})\varphi (x_{3})\}\mid \psi \rangle +iD(x_{0},x_{2})\langle \psi \mid {\mathcal {T}}\{\varphi (x_{1})\varphi (x_{3})\}\mid \psi \rangle \\&{}+iD(x_{0},x_{3})\langle \psi \mid {\mathcal {T}}\{\varphi (x_{1})\varphi (x_{2})\}\mid \psi \rangle \\&{}+{\frac {\lambda }{3!}}\int d^{d}x_{4}\,D(x_{0},x_{4})\langle \psi \mid {\mathcal {T}}\{\varphi (x_{1})\varphi (x_{2})\varphi (x_{3})\varphi (x_{4})\varphi (x_{4})\varphi (x_{4})\}\mid \psi \rangle \end{aligned}}} 3333: 3014: 354: 31: 1621: 2729: 3328:{\displaystyle {\begin{aligned}&\langle \psi \mid {\mathcal {T}}\{\varphi (x_{0})\varphi (x_{1})\}\mid \psi \rangle \\={}&iD(x_{0},x_{1})+{\frac {\lambda }{3!}}\int d^{d}x_{2}\,D(x_{0},x_{2})\langle \psi \mid {\mathcal {T}}\{\varphi (x_{1})\varphi (x_{2})\varphi (x_{2})\varphi (x_{2})\}\mid \psi \rangle \end{aligned}}} 594: 2327: 181: 1007: 1314: 2489: 1851: 1365: 2500: 1961: 444: 2141: 349:{\displaystyle \left\langle \psi \left|{\mathcal {T}}\left\{{\frac {\delta }{\delta \varphi }}F\right\}\right|\psi \right\rangle =-i\left\langle \psi \left|{\mathcal {T}}\left\{F{\frac {\delta }{\delta \varphi }}S\right\}\right|\psi \right\rangle } 840: 2907: 1150: 739: 2345: 3349: 2089: 1616:{\displaystyle F\leftG=(-i)^{n}{\frac {\partial ^{k_{1}}}{\partial x_{1}^{k_{1}}}}{\frac {\delta }{\delta J(x_{1})}}\cdots {\frac {\partial ^{k_{n}}}{\partial x_{n}^{k_{n}}}}{\frac {\delta }{\delta J(x_{n})}}G.} 1687: 3019: 3006: 2790: 2724:{\displaystyle i\partial _{\mu }\partial ^{\mu }{\frac {\delta }{\delta J(x)}}Z+im^{2}{\frac {\delta }{\delta J(x)}}Z-{\frac {i\lambda }{3!}}{\frac {\delta ^{3}}{\delta J(x)^{3}}}Z+J(x)Z=0} 74:
corresponding to the Green's function. They form a set of infinitely many functional differential equations, all coupled to each other, sometimes referred to as the infinite tower of SDEs.
589:{\displaystyle \rho \left({\mathcal {T}}\left\{{\frac {\delta }{\delta \varphi }}F\right\}\right)=-i\rho \left({\mathcal {T}}\left\{F{\frac {\delta }{\delta \varphi }}S\right\}\right).} 2322:{\displaystyle S=\int d^{d}x\left({\frac {1}{2}}\partial ^{\mu }\varphi (x)\partial _{\mu }\varphi (x)-{\frac {1}{2}}m^{2}\varphi (x)^{2}-{\frac {\lambda }{4!}}\varphi (x)^{4}\right)} 1862: 93:, Schwinger derived a set of equations for Green's functions non-perturbatively, which generalize Dyson's equations to the Schwinger–Dyson equations for the Green functions of 832: 405: 173: 1142: 1050: 772: 436: 2122: 1002:{\displaystyle \langle \psi |{\mathcal {T}}\{F\varphi ^{j}\}|\psi \rangle =\langle \psi |{\mathcal {T}}\{iF_{,i}D^{ij}-FS_{{\text{int}},i}D^{ij}\}|\psi \rangle .} 1675: 1651: 1357: 1337: 1122: 1102: 1073: 1030: 796: 628: 377: 141: 1309:{\displaystyle F={\frac {\partial ^{k_{1}}}{\partial x_{1}^{k_{1}}}}\varphi (x_{1})\cdots {\frac {\partial ^{k_{n}}}{\partial x_{n}^{k_{n}}}}\varphi (x_{n})} 2801: 2484:{\displaystyle {\frac {\delta S}{\delta \varphi (x)}}=-\partial _{\mu }\partial ^{\mu }\varphi (x)-m^{2}\varphi (x)-{\frac {\lambda }{3!}}\varphi ^{3}(x).} 59: 636: 97:. Today they provide a non-perturbative approach to quantum field theories and applications can be found in many fields of theoretical physics, such as 4245:
There are some review article about applications of the Schwinger–Dyson equations with applications to special field of physics. For applications to
90: 1972: 1846:{\displaystyle {\frac {\delta ^{n}Z}{\delta J(x_{1})\cdots \delta J(x_{n})}}=i^{n}Z\langle \varphi (x_{1})\cdots \varphi (x_{n})\rangle ,} 108:
Schwinger also derived an equation for the two-particle irreducible Green functions, which is nowadays referred to as the inhomogeneous
4217: 4061: 4362: 2958: 2740: 4357: 4049: 109: 67: 102: 2913: 4071: 1956:{\displaystyle {\left\langle {\frac {\delta {\mathcal {S}}}{\delta \varphi (x)}}\left+J(x)\right\rangle }_{J}=0,} 2945: 1631: 121: 4301:
C.D. Roberts and A.G. Williams (1994). "Dyson-Schwinger equations and their applications to hadron physics".
82: 4367: 4246: 1654: 4195:
There are not many books that treat the Schwinger–Dyson equations. Here are three standard references:
4320: 4273: 4147: 4105: 94: 63: 801: 386: 150: 2952: 98: 77:
In his paper "The S-Matrix in Quantum electrodynamics", Dyson derived relations between different
4336: 4310: 4289: 4263: 1053: 71: 4213: 4175: 1627: 1127: 1035: 4328: 4281: 4165: 4155: 4113: 774:
is an invertible symmetric (antisymmetric for fermions) covariant tensor of rank two in the
747: 380: 51: 421: 775: 607: 600: 86: 4254:
R. Alkofer and L. v.Smekal (2001). "On the infrared behaviour of QCD Green's functions".
2101: 4324: 4277: 4151: 4109: 17: 4202: 4170: 4135: 4066: 1660: 1636: 1342: 1322: 1107: 1078: 1058: 1015: 781: 613: 362: 126: 4285: 4351: 4340: 4332: 4293: 2902:{\displaystyle {\frac {\delta ^{3}}{\delta J(x_{1})\delta J(x_{2})\delta J(x_{3})}}Z} 2095: 415: 408: 144: 55: 4076: 1678: 734:{\displaystyle S={\frac {1}{2}}\varphi ^{i}D_{ij}^{-1}\varphi ^{j}+S_{\text{int}},} 599:
This infinite set of equations can be used to solve for the correlation functions
4209: 4117: 4179: 30: 4160: 78: 4315: 4268: 834:
is the "interaction action". Then, we can rewrite the SD equations as
2084:{\displaystyle {\frac {\delta S}{\delta \varphi (x)}}\leftZ+J(x)Z=0.} 1630:" (a function that is locally given by a convergent power series) 29: 81:
elements, or more specific "one-particle Green's functions", in
1966:
the Schwinger–Dyson equation for the generating functional is
2494:
The Schwinger–Dyson equation for this particular example is:
89:, thus working in a perturbative approach. Starting from his 4096:
F. Dyson (1949). "The S Matrix in Quantum Electrodynamics".
3894: 3742: 3626: 3519: 3366: 3225: 3036: 1881: 908: 857: 524: 458: 392: 279: 200: 606:
To make the connection to diagrammatic techniques (like
3001:{\displaystyle -\partial ^{\mu }\partial _{\mu }-m^{2}} 2785:{\displaystyle {\frac {\delta ^{3}}{\delta J(x)^{3}}}} 2124:, we get the entire set of Schwinger–Dyson equations. 1856:
then, from the properties of the functional integrals
610:) clearer, it is often convenient to split the action 3347: 3017: 3008:
and so, the Schwinger–Dyson set of equations goes as
2961: 2804: 2743: 2503: 2348: 2144: 2104: 1975: 1865: 1690: 1663: 1639: 1368: 1345: 1325: 1153: 1130: 1110: 1081: 1061: 1038: 1018: 843: 804: 784: 750: 639: 616: 447: 424: 389: 365: 184: 153: 129: 4201: 4034: 3327: 3000: 2901: 2784: 2723: 2483: 2321: 2116: 2083: 1955: 1845: 1669: 1645: 1615: 1351: 1331: 1308: 1136: 1116: 1096: 1067: 1044: 1024: 1001: 826: 790: 766: 733: 622: 588: 430: 399: 371: 348: 167: 135: 4136:"On Green's functions of quantized fields I + II" 1104:is defined to be the operator which substitutes 4229:Path Integral Methods in Quantum Field Theories 744:where the first term is the quadratic part and 2951:In this example, the bare propagator D is the 70:of quantum field theories, since they are the 4129: 4127: 143:over the field configurations, then, for any 8: 4200:Claude Itzykson, Jean-Bernard Zuber (1980). 4025: 4016: 3899: 3883: 3797: 3788: 3747: 3731: 3681: 3672: 3631: 3615: 3574: 3565: 3524: 3508: 3459: 3450: 3371: 3355: 3318: 3309: 3230: 3214: 3091: 3082: 3041: 3025: 1837: 1793: 993: 982: 913: 895: 889: 878: 862: 844: 162: 418:formulation, for any (valid) density state 27:Equations for correlation functions in QFT 4314: 4267: 4238:Quantum Field Theory A Modern Perspective 4169: 4159: 4052:, the odd correlation functions vanish.) 4007: 3988: 3969: 3950: 3931: 3912: 3893: 3892: 3874: 3861: 3850: 3844: 3834: 3812: 3807: 3779: 3760: 3741: 3740: 3722: 3709: 3691: 3663: 3644: 3625: 3624: 3606: 3593: 3556: 3537: 3518: 3517: 3499: 3486: 3469: 3441: 3422: 3403: 3384: 3365: 3364: 3348: 3346: 3300: 3281: 3262: 3243: 3224: 3223: 3205: 3192: 3181: 3175: 3165: 3143: 3131: 3118: 3101: 3073: 3054: 3035: 3034: 3018: 3016: 2992: 2979: 2969: 2960: 2875: 2853: 2831: 2811: 2805: 2803: 2773: 2750: 2744: 2742: 2667: 2644: 2638: 2618: 2579: 2573: 2527: 2521: 2511: 2502: 2463: 2444: 2423: 2398: 2388: 2349: 2347: 2308: 2280: 2271: 2252: 2238: 2217: 2195: 2181: 2167: 2143: 2103: 2016: 1976: 1974: 1938: 1880: 1879: 1873: 1867: 1864: 1828: 1806: 1775: 1747: 1722: 1698: 1691: 1689: 1662: 1638: 1586: 1567: 1556: 1551: 1546: 1530: 1525: 1519: 1504: 1485: 1474: 1469: 1464: 1448: 1443: 1437: 1431: 1383: 1367: 1344: 1324: 1297: 1276: 1271: 1266: 1250: 1245: 1239: 1227: 1206: 1201: 1196: 1180: 1175: 1169: 1152: 1129: 1109: 1080: 1060: 1037: 1017: 985: 973: 956: 955: 936: 923: 907: 906: 901: 881: 872: 856: 855: 850: 842: 809: 803: 783: 755: 749: 713: 700: 687: 679: 669: 655: 638: 615: 546: 523: 522: 468: 457: 456: 446: 423: 391: 390: 388: 364: 301: 278: 277: 210: 199: 198: 183: 154: 152: 128: 66:(QFTs). They are also referred to as the 4088: 7: 2976: 2966: 2518: 2508: 2395: 2385: 2214: 2192: 1539: 1522: 1457: 1440: 1259: 1242: 1189: 1172: 798:is called the bare propagator and 147:(which is a solution of the QFT), 25: 4062:Functional renormalization group 2094:If we expand this equation as a 85:, by summing up infinitely many 58:, are general relations between 4013: 4000: 3994: 3981: 3975: 3962: 3956: 3943: 3937: 3924: 3918: 3905: 3880: 3854: 3785: 3772: 3766: 3753: 3728: 3702: 3669: 3656: 3650: 3637: 3612: 3586: 3562: 3549: 3543: 3530: 3505: 3479: 3447: 3434: 3428: 3415: 3409: 3396: 3390: 3377: 3306: 3293: 3287: 3274: 3268: 3255: 3249: 3236: 3211: 3185: 3137: 3111: 3079: 3066: 3060: 3047: 2896: 2890: 2881: 2868: 2859: 2846: 2837: 2824: 2770: 2763: 2712: 2706: 2700: 2694: 2685: 2679: 2664: 2657: 2612: 2606: 2597: 2591: 2560: 2554: 2545: 2539: 2475: 2469: 2438: 2432: 2413: 2407: 2372: 2366: 2305: 2298: 2268: 2261: 2232: 2226: 2210: 2204: 2154: 2148: 2072: 2066: 2060: 2054: 2045: 2039: 1999: 1993: 1929: 1923: 1900: 1894: 1834: 1821: 1812: 1799: 1790: 1784: 1765: 1759: 1753: 1740: 1728: 1715: 1607: 1601: 1592: 1579: 1510: 1497: 1428: 1418: 1412: 1406: 1303: 1290: 1233: 1220: 1163: 1157: 1091: 1085: 986: 902: 882: 851: 827:{\displaystyle S_{\text{int}}} 821: 815: 725: 719: 649: 643: 570: 564: 543: 537: 492: 486: 400:{\displaystyle {\mathcal {T}}} 325: 319: 298: 292: 234: 228: 168:{\displaystyle |\psi \rangle } 155: 1: 4286:10.1016/S0370-1573(01)00010-2 4231:. Cambridge University Press. 4050:spontaneous symmetry breaking 120:Given a polynomially bounded 4333:10.1016/0146-6410(94)90049-3 2795:is not well-defined because 2135:To give an example, suppose 103:elementary particle physics 4384: 2944:this equation needs to be 4072:Path integral formulation 48:Dyson–Schwinger equations 40:Schwinger–Dyson equations 1137:{\displaystyle \varphi } 1045:{\displaystyle \varphi } 68:Euler–Lagrange equations 18:Schwinger-Dyson equation 4118:10.1103/PhysRev.75.1736 110:Bethe–Salpeter equation 83:quantum electrodynamics 4363:Differential equations 4303:Prog. Part. Nucl. Phys 4247:Quantum Chromodynamics 4036: 3329: 3002: 2903: 2786: 2725: 2485: 2332:for a real field  2323: 2118: 2085: 1957: 1847: 1671: 1647: 1617: 1353: 1333: 1310: 1138: 1118: 1098: 1069: 1046: 1026: 1003: 828: 792: 768: 767:{\displaystyle D^{-1}} 735: 624: 590: 432: 401: 373: 350: 169: 137: 95:quantum field theories 64:quantum field theories 35: 4161:10.1073/pnas.37.7.452 4134:J. Schwinger (1951). 4037: 3330: 3003: 2904: 2787: 2726: 2486: 2324: 2119: 2086: 1958: 1848: 1672: 1655:generating functional 1648: 1618: 1354: 1334: 1311: 1139: 1119: 1099: 1070: 1047: 1027: 1004: 829: 793: 769: 736: 625: 591: 433: 431:{\displaystyle \rho } 414:Equivalently, in the 402: 374: 351: 170: 138: 91:variational principle 60:correlation functions 34:Freeman Dyson in 2005 33: 4358:Quantum field theory 4227:R.J. Rivers (1990). 4204:Quantum Field Theory 3345: 3015: 2959: 2802: 2741: 2501: 2346: 2142: 2102: 1973: 1863: 1688: 1661: 1637: 1366: 1343: 1323: 1151: 1128: 1108: 1079: 1059: 1036: 1016: 841: 802: 782: 748: 637: 614: 445: 422: 387: 363: 182: 151: 127: 4325:1994PrPNP..33..477R 4278:2001PhR...353..281A 4152:1951PNAS...37..452S 4110:1949PhRv...75.1736D 2117:{\displaystyle J=0} 1563: 1481: 1339:is a functional of 1283: 1213: 1032:is a functional of 695: 99:solid-state physics 72:equations of motion 4236:V.P. Nair (2005). 4032: 4030: 3325: 3323: 2998: 2899: 2782: 2721: 2481: 2319: 2114: 2081: 1953: 1843: 1667: 1643: 1613: 1542: 1460: 1349: 1329: 1306: 1262: 1192: 1144:. 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Index

Schwinger-Dyson equation

Julian Schwinger
Freeman Dyson
correlation functions
quantum field theories
Euler–Lagrange equations
equations of motion
S-matrix
quantum electrodynamics
Feynman diagrams
variational principle
quantum field theories
solid-state physics
elementary particle physics
Bethe–Salpeter equation
functional
state vector
action
time ordering
density state
nonperturbatively
Feynman diagrams
deWitt notation
operator
analytic
functional
generating functional
source field
Taylor series

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