SciELO - Scientific Electronic Library Online

 
vol.42 número2Sobre grupos y funciones polimorfas normalesUna fórmula de cuadratura óptima de 3 puntos de tipo cerrado y error de frontera índice de autoresíndice de materiabúsqueda de artículos
Home Pagelista alfabética de revistas  

Servicios Personalizados

Revista

Articulo

Indicadores

Links relacionados

  • En proceso de indezaciónCitado por Google
  • No hay articulos similaresSimilares en SciELO
  • En proceso de indezaciónSimilares en Google

Compartir


Revista Colombiana de Matemáticas

versión impresa ISSN 0034-7426

Rev.colomb.mat. v.42 n.2 Bogotá jul./dic. 2008

 

Chandrasekhar ansatz and the generalized total angular momentum operator for the Dirac equation in the Kerr-Newman metric

El ansatz de Chandrasekhar y el operador generalizado del momento angular para la ecuación de Dirac en la métrica de Kerr-Newman

DAVIDE BATIC1, HARALD SCHMID2

1Universidad de Los Andes, Bogotá, Colombia. Email: dbatic@uniandes.edu.co
2Universidad de Los Andes, Bogotá, Colombia. Email: Harald.Schmid@UBH.de


Abstract

In this paper we compute the square root of the generalized squared total angular momentum operator J for a Dirac particle in the Kerr-Newman metric. The separation constant λ arising from the Chandrasekahr separation ansatz turns out to be the eigenvalue of J. After proving that J is a symmetry operator, we show the completeness of Chandrasekhar ansatz for the Dirac equation in oblate spheroidal coordinates and derive an explicit formula for the time evolution operator e-itH.

Key words: Dirac equation, Kerr-Newman metric, general relativity.


2000 Mathematics Subject Classification: 83C57, 47B15, 47B25.

Resumen

En este trabajo derivamos la raíz cuadrada del operador generalizado del momento angular para una partícula de Dirac en la métrica de Kerr-Newman. La constante de separación λ introducida por el ansatz de Chandrasekhar resulta ser el valor propio de J. Después de haber mostrado que J es un operador de simetría, probamos la completitud del ansatz de Chandrasekhar para la ecuación de Dirac en coordenadas esferoidales oblongas y derivamos una expresión analítica para el operador de evolución temporal e-itH.

Palabras clave: Ecuación de Dirac, métrica de Kerr-Newman, relatividad general.


Texto completo disponible en PDF


References

[1] Batic, D., Schmid, H. & Winklmeier, M., `On the eigenvalues of the Chandrasekhar-Page angular equation´, J. Math. Phys. 46, 1 (2005), 012504, 35.         [ Links ]

[2] Bose, S., `Studies in the Kerr-Newman metric´, J. Mathematical Phys. 16, (1975), 772-775.         [ Links ]

[3] Boyer, R. H. & Lindquist, R. W., `Maximal analytic extension of the Kerr metric´, J. Mathematical Phys. 8, (1967), 265-281.         [ Links ]

[4] Carter, B., `Hamilton-Jacobi and Schrödinger separable solutions of Einstein's equations´, Comm. Math. Phys. 10, (1968), 280-310.         [ Links ]

[5] Carter, B. & McLenaghan, R., `Generalized total angular momentum operator for the Dirac equation in curved space-time´, Phys. Rev. D (3) 19, 4 (1979), 1093-1097.         [ Links ]

[6] Chandrasekhar, S., `The solution of Dirac's equation in Kerr geometry´, Proc. Roy. Soc. London Ser. A 349, 1659 (1976), 571-575.         [ Links ]

[7] Coppel, W., Stability and Asymptotic Behavior of Differential Equations, D. C. Heath and Co., Boston, Mass., 1965.         [ Links ]

[8] Finster, F., Kamran, N., Smoller, J. & Yau, Shing-Tung, `The long-time dynamics of Dirac particles in the Kerr-Newman black hole geometry´, Adv. Theor. Math. Phys. 7, 1 (2003), 25-52.         [ Links ]

[9] Flammer, C., Spheroidal wave functions, Stanford University Press, Stanford, California, 1957.         [ Links ]

[10] Goldberg, J., Macfarlane, A., Newman, E., Rohrlich, F. & Sudarshan, E., `Spin-s spherical harmonics and d´, J. Mathematical Phys. 8, (1967), 2155-2161.         [ Links ]

[11] Goldberg, J. & Sachs, R., `A theorem on Petrov types´, Acta Phys. Polon. 22, suppl. (1962), 13-23.         [ Links ]

[12] Kato, T., Perturbation Theory for Linear Operators, Die Grundlehren der mathematischen Wissenschaften, Band 132, Springer-Verlag New York, Inc., New York, 1966.         [ Links ]

[13] Kinnersley, W., `Type D vacuum metrics´, J. Mathematical Phys. 10, (1969), 1195-1203.         [ Links ]

[14] Levinson, N., `The asymptotic nature of solutions of linear systems of differential equations´, Duke Math. J. 15, (1948), 111-126.         [ Links ]

[15] Misner, C. W., Thorne, K. S. & Wheeler, J. A., Gravitation, W. H. Freeman and Co., San Francisco, Calif., 1973.         [ Links ]

[16] Newman, E. T. & Penrose, R., `Note on the Bondi-Metzner-Sachs group´, J. Mathematical Phys. 7, (1966), 863-870.         [ Links ]

[17] Newman, E. & Penrose, R., `An approach to gravitational radiation by a method of spin coefficients´, J. Mathematical Phys. 3, (1962), 566-578.         [ Links ]

[18] Page, D. N., `Dirac equation around a charged, rotating black hole´, Phys. Rev. D 14, 6 (1976), 1509-1510.         [ Links ]

[19] Penrose, R. & Rindler, W., Spinors and space-time. Vol.\1, Cambridge Monographs on Mathematical Physics, Cambridge University Press, Cambridge, 1987. Two-spinor calculus and relativistic fields.         [ Links ]

[20] Reed, M. & Simon, B., Methods of Modern Mathematical Physics. I, Second edn, Academic Press Inc. Harcourt Brace Jovanovich Publishers, New York, 1980. Functional analysis.         [ Links ]

[21] Thaller, B., The Dirac Equation, Texts and Monographs in Physics, Springer-Verlag, Berlin, 1992.         [ Links ]

[22] Walker, M. & Penrose, R., `On quadratic first integrals of the geodesic equations for type {22} spacetimes´, Comm. Math. Phys. 18, (1970), 265-274.         [ Links ]

[23] Weidmann, J., Linear Operators in Hilbert Spaces, Vol. 68 of Graduate Texts in Mathematics, Springer-Verlag, New York, 1980. Translated from the German by Joseph Szücs.         [ Links ]

[24] Weidmann, J., Spectral Theory of Ordinary Differential Operators, Vol. 1258 of Lecture Notes in Mathematics, Springer-Verlag, Berlin, 1987.         [ Links ]

[25] Yafaev, D. R., Mathematical scattering theory, Vol. 105 of Translations of Mathematical Monographs, American Mathematical Society, Providence, RI, 1992. General theory, Translated from the Russian by J.~R. Schulenberger.         [ Links ]

(Recibido en marzo de 2008. Aceptado en agosto de 2008)

Este artículo se puede citar en LaTeX utilizando la siguiente referencia bibliográfica de BibTeX:

@ARTICLE{RCMv42n2a06,
    AUTHOR  = {Batic, Davide and Schmid, Harald},
    TITLE   = {{Chandrasekhar ansatz and the generalized total angular momentum operator for the Dirac equation in the Kerr-Newman metric}},
    JOURNAL = {Revista Colombiana de Matemáticas},
    YEAR    = {2008},
    volume  = {42},
    number  = {2},
    pages   = {183-207}
}

Creative Commons License Todo el contenido de esta revista, excepto dónde está identificado, está bajo una Licencia Creative Commons