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Friedrich-Schiller-Universität Jena

Winter term 2017/18 Prof. Dr. Andreas Wipf

Dr. Luca Zambelli

Problems in Advanced Quantum Mechanics Problem Sheet 11

Problem 24: Lorentz transformation of Fµν 2+2 = 4 points The contravariant components of the field strength tensor transform under a change of the inertial systems I →I0 according to

Fµν(x)7→F0µν(x0) = ΛµαΛνβFαβ(x).

Consider the Lorentz boost

x00 =γx0 −βγx1, x02 =x2, x01 =γx1 −βγx0, x03 =x3.

How does the electric field E and magnetic field B (which make up the field strength tensor) transform under this Lorentz-transformation? Use the same notation and conventions as in the lecture.

Problem 25: the scalar field 2+2 = 4 Punkte

In the lectures we defined the current density 4-vectorjµfor a Klein-Gordon fieldφin presence of an external electromagnetic field with potential Aµ as follows:

jµ= i~

2m(φDµφ−φ(Dµφ)) where the covariant derivative is given by

Dµφ=

µ+ ie

~cAµ

φ .

1. Show that the current density is gauge invariant, i.e. invariant under the transformation

Aµ7→Aµ−∂µλ, φ7→eieλ/~cφ

for any arbitrary gauge function λ.

2. Show that the current is conserved

µjµ= 0, if φ solves the Klein-Gordon equation

DµDµ+m2c2

~2

φ= 0.

Submission date: Thursday, 18. January 2018, before the lecture begins.

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