有効場の理論

理論物理学、特に、場の量子論おいて、有効場の理論（ゆうこうばのりろん、）とは、特定のエネルギー領域において起こる物理現象を記述するために、短距離（高エネルギー）スケールの自由度を無視して長距離（低エネルギー）スケールの有効な自由度のみを扱うことで、本来の理論を近似的に再現する理論である。
解説.
有効場の理論は、本来の理論の低エネルギー領域の物理現象を記述するための近似的な理論である。ここでいう「低エネルギー」とは、あるエネルギースケールΛに対して、それより低いエネルギーを指しており、理論の有効な自由度はm ≪ Λとなるような軽い質量の粒子に限定され、本来の理論に含まれるM ≫ Λとなるような重い質量の粒子は除外される。このとき、考えている系のエネルギーをEとすると、微少量E/Λによる級数展開として摂動論を構築することができる。重い自由度は理論に現れる粒子としては除外されるが、その情報はラグランジアン中の結合定数の中に含まれる。
有効場の理論のラグランジアンには、繰り込み不可能な無限個の項と無限個のパラメータが現れる。ただし、低エネルギー領域について計算する分には、これらの高次項は重い粒子の質量などの高エネルギーの逆べきによって抑制されるため、実際には低い次数の有限個の項を考えるだけで十分であり、繰り込み不可能性は問題とならない。このように、少なくとも低エネルギー領域においては、有効場の理論は妥当な近似となっている。実際、多くの有効場の理論は現在信じられている標準理論と整合性がとれており、このような成功は、低エネルギーの物理現象を見ている限りは、高エネルギースケールによる効果は実験的に観測されないことを意味している。
有効場の理論の特徴を以下にまとめる。
ワインバーグの論文.
有効場の理論の概念は場の量子論の黎明期から存在していたが、対称性や摂動論を用いた系統的な議論を初めて行ったのは1979年のスティーヴン・ワインバーグによる論文である。この論文でワインバーグは、有効場の理論の考え方の基礎について以下のように述べている。
この論文では、低エネルギー領域の強い相互作用に対する有効場の理論であるカイラル摂動論の原型が提唱された。