穿衣渐近态与QED红外物理

将软粒子相互作用纳入渐近态的穿衣态形式体系，被视为有望解决量子场论（QFT）中红外（IR）发散问题的方案。一个特别著名的例子是Kulish和Faddeev在量子电动力学（QED）中提出的穿衣态形式体系。然而，正如Hirai和Sugishita所指出的，该形式体系在规范不变性与红外发散方面存在问题。这些问题主要由鬼粒子或非物理光子模的存在引起。因此，我们从研究库仑规范下的渐近态入手，该规范排除了鬼粒子和/或非物理光子模。本文提出一种形式体系，通过设定足够大的时间尺度$T$，直接从理论的相互作用构造渐近态。在此穿衣态形式体系中，我们根据$1/T$的某一固定阶定义保留在$|t|>T$处的渐近相互作用，并依该阶进行所有计算。我们具体研究了QED中的渐近态，但本文提出的穿衣态形式体系可形式地应用于任意微扰QFT。我们表明，至少在QED中，利用本文提出的穿衣态可构造无发散且幺正的$S$矩阵。此外，我们讨论跃迁率以表明可预测实验结果。我们还表明，$S$矩阵的$\mathrm{U}(1)$规范对称性导出了QED大规范对称性，且初态与末态类空间超曲面间矢量势期望值的偏离作为一种QED记忆效应出现。本文的穿衣态形式体系可能为红外物理（包括渐近对称性、记忆效应和态演化的幺正性）提供统一而新颖的见解。