<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Phys.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Physics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Phys.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-424X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2017.00029</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Physics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Moment-Preserving Theory of Vibrational Dynamics of Topologically Disordered Systems</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Folli</surname> <given-names>Viola</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/377835/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Ruocco</surname> <given-names>Giancarlo</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<xref ref-type="author-notes" rid="fn001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/377836/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Schirmacher</surname> <given-names>Walter</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/406970/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1"><sup>1</sup><institution>Center for Life Nano Science, Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia</institution> <country>Rome, Italy</country></aff>
<aff id="aff2"><sup>2</sup><institution>Department of Physics, University of Rome &#x02018;La Sapienza&#x02019;</institution> <country>Rome, Italy</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Gang Zhang, Institute of High Performance Computing (A<sup>&#x0002A;</sup>Star), Singapore</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Byungchan Han, DGIST, South Korea; Jiebin Peng, National University of Singapore, Singapore</p></fn>
<fn fn-type="corresp" id="fn001"><p>&#x0002A;Correspondence: Giancarlo Ruocco <email>giancarlo.ruocco&#x00040;roma1.infn.it</email></p></fn>
<fn fn-type="other" id="fn002"><p>This article was submitted to Condensed Matter Physics, a section of the journal Frontiers in Physics</p></fn></author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>27</day>
<month>07</month>
<year>2017</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2017</year>
</pub-date>
<volume>5</volume>
<elocation-id>29</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>24</day>
<month>02</month>
<year>2017</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>04</day>
<month>07</month>
<year>2017</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2017 Folli, Ruocco and Schirmacher.</copyright-statement>
<copyright-year>2017</copyright-year>
<copyright-holder>Folli, Ruocco and Schirmacher</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) or licensor are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p></license>
</permissions>
<abstract><p>We investigate a class of simple mass-spring models for the vibrational dynamics of topologically disordered solids. The dynamical matrix of these systems corresponds to the Euclidean-Random-Matrix (ERM) scheme. We show that the self-consistent ERM approximation introduced by Ganter and Schirmacher [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>] preserves the first two nontrivial moments of the level density exactly. We further establish a link between these approximations and the fluctuating-elasticity approaches. Using this correspondence we derive and solve a new, simplified mean-field theory for calculating the vibrational spectrum of disordered mass-spring models with topological disorder. We calculate and discuss the level density and the spectral moments for a model in which the force constants obey a Gaussian site-separation dependence. We find fair agreement between the results of the new theory and a numerical simulation of the model. For systems with finite size we find that the moments strongly depend on the number of sites, which poses a caveat for extrapolating finite-system simulations to the infinite-size limit.</p></abstract>
<kwd-group>
<kwd>glasses</kwd>
<kwd>disordered systems</kwd>
<kwd>vibrational dynamics</kwd>
<kwd>density of states</kwd>
<kwd>theory</kwd>
<kwd>SCBA</kwd>
<kwd>heterogeneous elasticity</kwd>
</kwd-group>
<kwd-group>
<title>Pacs numbers:</title>
<kwd>63.50.-&#x000D7;</kwd>
<kwd>61.43.Fs</kwd>
<kwd>65.60.&#x0002B;a</kwd>
</kwd-group>
<counts>
<fig-count count="5"/>
<table-count count="0"/>
<equation-count count="86"/>
<ref-count count="49"/>
<page-count count="11"/>
<word-count count="6559"/>
</counts>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>1. Introduction</title>
<p>The vibrational properties of disordered solids at high frequencies, in the THz range, have been subject to great attention both from the experimental [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>] and from the theoretical side [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>] mainly because of the anomalies observed in the specific heat and in the thermal conductivity of glasses [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>]. The origin of an excess of the vibrational density of states (DOS) with respect to the Debye prediction in the THz region (an excess that is often referred to as &#x0201C;boson peak&#x0201D;) is thought to be the common origin of both anomalies. Also of interest, and at the origin of a lively debate [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>], is the anomalous sound attenuation and the presence of a non-linear sound dispersion observed in the same frequency regime.</p>
<p>There is, nowadays, agreement on the fact that both the boson peak and the frequency dependence of the sound attenuation are the dynamical manifestation of the underlying topological (structural) disorder and that these features are not related to anharmonic interactions, to hopping processes or to other exotic phenomena like van-Hove singularities [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>]. The rich phenomenology observed in the dynamics of glasses in the THz frequency region can all be considered of harmonic origin [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>]. What is still missing is a deep understanding of the mechanisms that correlate the specificity of the topological disorder with the details of the observed dynamical anomalies.</p>
<p>In this respect, it becomes evident how important is the development of models of topological disorder with tunable properties.</p>
<p>The model approaches present in the literature for the influence of the disorder on the harmonic vibrational spectrum of solids can be grouped into models with waves in a spatially inhomogeneous media and mass-spring models. The wave approaches can again be grouped into a discription in terms of defect models [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>] and fluctuating-elasticity approaches [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>].</p>
<p>In the defect models additional irregularities like atoms with heavy masses [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>] or quasi-local harmonic oscillators [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>], which couple to the Debye phonons, are introduced. The defect and coupling parameters are subject to a random distribution. In the fluctuating elasticity approach [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>] it is assumed that the elastic constants, (in particular the shear modulus) fluctuate around a mean value at different locations in space in a spatially correlated or uncorrelated fashion. Within this latter framework the disorder can be shown to lead to the anomalous increase of the DOS (and hence specific heat) with respect to the Debye prediction and to a contribution to the sound attenuation. It has been pointed out [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>] that in principle the defect description can be subsumed under the fluctuating-elasticity approach via a coarse-graining procedure.</p>
<p>In the disordered mass-spring models (which we shall address in the present contribution) one considers a set of mass points (mass <italic>M</italic>), which are fixed in space according to a given distribution and are connected by harmonic springs with spring constants <italic>K</italic><sub><italic>ij</italic></sub>. The equation of motion for the (scalar) displacements <italic>u</italic><sub><italic>i</italic></sub> from the rest positions is</p>
<disp-formula id="E1"><label>(1)</label><mml:math id="M1"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The disorder may be introduced by assuming a distribution of the <italic>K</italic><sub><italic>ij</italic></sub> on an otherwise ordered lattice (force-constant disorder) or placing the sites <italic>r</italic><sub><italic>i</italic></sub> randomly in space and then making the force constant depend on the site separations <italic>r</italic><sub><italic>ij</italic></sub> &#x0003D; |<bold>r</bold><sub><italic>i</italic></sub> &#x02212; <bold>r</bold><sub><italic>j</italic></sub>|, i.e., <italic>K</italic><sub><italic>ij</italic></sub> &#x0003D; <italic>K</italic>(<italic>r</italic><sub><italic>ij</italic></sub>) (topological disorder).</p>
<p>There is an extended literature on such disordered mass-spring models [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>], which is due to the fact that they are considered to be relevant to the high-frequency vibrational dynamics of amorphous solids and liquids. They exhibit a wealth of anomalous phenomena including a boson peak [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B36">36</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B38">38</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>] and localization [<xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B35">35</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>]. There is another point, which makes the investigation of models, which obey (Equation 1), interesting. If one replaces the double time derivative by a single one (and takes <italic>M</italic> &#x0003D; 1), one obtains the equation of motion of a random walker in a disordered system. The <italic>u</italic><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>t</italic>) then take the meaning of the probability to find the walker at site <italic>i</italic>. It has been pointed out [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>] that all anomalous features observed in the vibrational system (Equation 1) are also observed in the random-walk system: For example Rayleigh scattering in the vibrational system corresponds to an algebraic long-time tail in the velocity autocorrelation function in the random-walk system [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. The boson peak corresponds to the onset of a strong frequency dependence of the conductivity in the random-walk system [<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>].</p>
<p>The so-called Euclidean-Random-Matrix (ERM) approach introduced by Grigera et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>] is a systematic analytic approach to calculate the averaged vibrational spectrum and dynamical structure factor of systems govened by Equation (1). This is achieved by a high-frequency and high-density expansion, which is organized with the help of a diagram technique [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>]</p>
<p>The ERM formalism allows for formulating self-consistent effective-medium approximations for the averaged Green&#x00027;s function corresponding to Equation (1). Such effective-medium approximations (&#x0201C;self-consistent ERM (SCERM) approximations,&#x0201D; which include the Rayleigh-scattering property<xref ref-type="fn" rid="fn0001"><sup>1</sup></xref> have been introduced by Ganter and Schirmacher [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>].</p>
<p>In view of the fact that the ERM formalism enables to directly link the structure of a disordered solid to its vibrational spectrum it is desirable to establish a connection between this theory and the phenomenological heterogeneous elasticity theory. This, among others, will be done in the present paper. We start our investigation of the ERM mass-and spring model by showing that the self-consistent ERM approximations preserve the first two nontrivial moments (1st and 2nd) of the averaged level density. We then establish a link between the SCERM approximations and the self-consistent Born approximation (SCBA) of the heterogeneous elasticity theory. By means of this correspondence we devise a simplified SCERM theory (ERM-SCBA), which allows for solving the equations by a few iterations instead solving a set of integral equations.</p>
<p>In the second part of the paper we calculate numerically and in ERM-SCBA the level density and the first two nontrivial moments for a model with a Gaussian <italic>r</italic> dependence of the force constants. The moment calculations are done both for an infinite and a finite system. For the latter we find a strong <italic>N</italic> dependence of the moments, which is relevant for simulations in which only finite systems can be dealt with.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2. Formalism</title>
<sec>
<title>2.1. Mass-spring model</title>
<p>We consider a mass-spring model with <italic>N</italic> mass points distributed at random in a volume <italic>V</italic> &#x0003D; <italic>L</italic><sup>3</sup> &#x0003D; <italic>N</italic>/&#x003C1;. We shall also consider the limit <italic>N</italic> &#x02192; &#x0221E; with fixed density &#x003C1;.</p>
<p>Equation (1) can be re-written as</p>
<disp-formula id="E2"><label>(2)</label><mml:math id="M2"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with the dynamical matrix <bold>D</bold>, having off-diagonal elements <italic>D</italic><sub><italic>ij</italic></sub> &#x0003D; &#x02212;<italic>K</italic>(<italic>r</italic><sub><italic>ij</italic></sub>)/<italic>M</italic> and diagonal elements <inline-formula><mml:math id="M3"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:math></inline-formula>. <bold>D</bold> has N eigenvalues <inline-formula><mml:math id="M4"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, where &#x003C9;<sub><italic>p</italic></sub> are the eigenfrequencies.</p>
</sec>
<sec>
<title>2.2. Density of states and spectral moments</title>
<p>The density of states <italic>g</italic>(&#x003C9;) and the density of eigenvalues (&#x0201C;levels&#x0201D;) &#x003C1;(&#x003BB;) are given by</p>
<disp-formula id="E3"><label>(3)</label><mml:math id="M5"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy='true'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:munder><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='true'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy='true'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x0007B;</mml:mo><mml:mtext>tr</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x1D7D9;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0007D;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='true'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>s</italic> &#x0003D; &#x02212;&#x003C9;<sup>2</sup> &#x02212; <italic>i</italic>&#x003F5;, &#x1D7D9; is the unit matrix and &#x02329;&#x02026;&#x000A0;&#x0232A; denotes a configurational average. Again &#x003BB; &#x0003D; &#x003C9;<sup>2</sup> denotes the eigenvalues of the dynamical matrix. Due to the sum rule <inline-formula><mml:math id="M6"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> (translation invariance) the dynamical matrix has always a &#x0201C;trivial&#x0201D; eigenvalue &#x003BB; &#x0003D; 0 and, more important, there exists always an interval 0 &#x0003C; &#x003BB; &#x0003C; &#x003BB;<sup>&#x0002A;</sup>, in which a Debye law is valid, i.e., <italic>g</italic>(&#x003C9;) &#x0221D; &#x003C9;<sup>2</sup> &#x02194; &#x003C1;(&#x003BB;) &#x0221D; &#x003BB;<sup>1/2</sup>.</p>
<p>In the present paper we thoughout assume a random distribution of points with density <inline-formula><mml:math id="M7"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. The <italic>n</italic>-th spectral moment of the level density is defined as</p>
<disp-formula id="E4"><label>(4)</label><mml:math id="M8"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>With the present definition of &#x003C1;(&#x003BB;), the zeroth moment turns out to be equal to one, therefore the moments are automatically &#x0201C;normalized&#x0201D;. Let&#x00027;s also define the &#x0201C;central&#x0201D; moments:</p>
<disp-formula id="E5"><label>(5)</label><mml:math id="M9"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with <inline-formula><mml:math id="M10"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x02250;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>As stated above, the dynamical matrix has always the &#x0201C;trivial&#x0201D; eigenvalue, &#x003BB; &#x0003D; 0. This has a non-negligible effect on the higher moments (specifically, it effects <inline-formula><mml:math id="M11"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>). Therefore, we define a &#x0201C;non trivial&#x0201D; density of states, <inline-formula><mml:math id="M12"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where the vanishing eigenvalue is excluded from the sum:</p>
<disp-formula id="E6"><label>(6)</label><mml:math id="M13"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Let&#x00027;s call <inline-formula><mml:math id="M14"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M15"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> the corresponding moments.</p>
<p>As far as the &#x0201C;hat&#x0201D; moments, we note that all the moments with <italic>n</italic> &#x0003E; 0 are unaffected (add or subtract <inline-formula><mml:math id="M16"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, with &#x003BB;<sub><italic>p</italic></sub> &#x0003D; 0), but the normalization ((<italic>N</italic> &#x02212; 1) instead of <italic>N</italic>) is different. The &#x0201C;hat&#x0201D; moments are thus obtained by multiplying the &#x0201C;non-hat&#x0201D; ones with <italic>N</italic>/(<italic>N</italic> &#x02212; 1).</p>
<p>The moments <italic>M</italic><sup>(<italic>n</italic>)</sup> can be directly related to the dynamical matrix via:</p>
<disp-formula id="E7"><label>(7)</label><mml:math id="M17"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We represent the moments in terms of the dimensionless function <italic>f</italic>(<italic>r</italic>) defined as <italic>K</italic>(<italic>r</italic><sub><italic>ij</italic></sub>) &#x0003D; <italic>K</italic><sub>0</sub><italic>f</italic>(<italic>r</italic><sub><italic>ij</italic></sub>/&#x003C3;) &#x0003D; <italic>K</italic><sub>0</sub><italic>f</italic><sub><italic>ij</italic></sub>, where &#x003C3; is the characteristic decay length and their average</p>
<disp-formula id="E8"><label>(8)</label><mml:math id="M18"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The results for the moments (see Appendix) are</p>
<disp-formula id="E9"><label>(9)</label><mml:math id="M19"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E10"><label>(10)</label><mml:math id="M20"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In the <italic>N</italic> &#x02192; &#x0221E; limit it is useful to define the dimensionless constants and <inline-formula><mml:math id="M23"><mml:mi>&#x00393;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M24"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M25"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, where the integral is over the entire space.</p>
<p>In this limit the <inline-formula><mml:math id="M26"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> moments become equal to the ones without hat and we have</p>
<disp-formula id="E13"><label>(11)</label><mml:math id="M27"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>&#x00393;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>2</mml:mn><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>&#x00393;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>2</mml:mn><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>&#x00393;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</sec>
<sec>
<title>2.3. Euclidean random matrix (ERM) formalism</title>
<p>To make contact to the ERM formalism [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>] we consider the Fourier transformed force constants</p>
<disp-formula id="E14"><label>(12)</label><mml:math id="M28"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02250;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>&#x00393;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with</p>
<disp-formula id="E15"><label>(13)</label><mml:math id="M29"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>r</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>so that <inline-formula><mml:math id="M30"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M31"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>The quantity of interest is the <bold>q</bold> dependent averaged Green&#x00027;s function</p>
<disp-formula id="E16"><label>(14)</label><mml:math id="M32"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>q</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02113;</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>q</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02113;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x1D7D9;</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02113;</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003A3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>q</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003A3;(<bold>q</bold>, <italic>s</italic>) is the self-energy function and, as before, <italic>s</italic> &#x0003D; &#x02212;&#x003BB; &#x02212; &#x003F5; &#x0003D; &#x02212;&#x003C9;<sup>2</sup> &#x02212; &#x003F5;. The level density is obtained from the Green&#x00027;s function via</p>
<disp-formula id="E17"><label>(15)</label><mml:math id="M33"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x0007B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007D;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with <inline-formula><mml:math id="M34"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>q</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>q</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>The self energy can (and has been [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>]) calculated with increasing powers of the inverse density &#x003C1;. The lowest-order result is &#x003A3;<sup>(0)</sup>(<bold>q</bold>, <italic>s</italic>) &#x0003D; 0, so that in the high-density limit</p>
<disp-formula id="E18"><label>(16)</label><mml:math id="M35"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>q</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>One can make contact between this high-density limit and the traditional liquid-phonon theory of Hubbard and Beeby [<xref ref-type="bibr" rid="B44">44</xref>] by identifying the &#x0201C;liquid dispersion&#x0201D; with <inline-formula><mml:math id="M36"><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula> and the Einstein frequency with <inline-formula><mml:math id="M37"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>The lowest-order nontrivial contribution to the self energy is [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>]</p>
<disp-formula id="E19"><label>(17)</label><mml:math id="M38"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003A3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>q</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>q</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Here <inline-formula><mml:math id="M39"><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mstyle></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes <inline-formula><mml:math id="M40"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>It has been suggested [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>] that one might obtain a suitable self-consistent (i.e., non-perturbative) approximation by replacing <italic>G</italic><sub>0</sub>(<bold>p</bold>, <italic>s</italic>) in Equation (17) by the full Green&#x00027;s function <italic>G</italic>(<bold>p</bold>, <italic>s</italic>). However, as shown by Ganter and Schirmacher [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>], this self-consistent scheme violates the requirement that the sound attenuation coefficient <inline-formula><mml:math id="M121"><mml:mrow><mml:mi>&#x00393;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0221D;</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>lim</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>q</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x0007B;</mml:mo><mml:mi>&#x003A3;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>q</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">&#x0007D;</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> should vary &#x0221D;&#x003C9;<sup>4</sup> (Rayleigh scattering). A self-consistent scheme, which preserves this property has been proposed [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>] by introducing auxiliary quantities <italic>g</italic>(<bold>q</bold>, <italic>s</italic>) and &#x003C3;(<bold>q</bold>, <italic>s</italic>).</p>
<p>Within the self-consistent ERM (SCERM) approximation the self energy is given by</p>
<disp-formula id="E20"><label>(18)</label><mml:math id="M42"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003A3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>q</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>q</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>This relation between &#x003A3;(<bold>q</bold>, <italic>s</italic>) and the auxiliary quantities <italic>g</italic>(<bold>q</bold>, <italic>s</italic>) and &#x003C3;(<bold>q</bold>, <italic>s</italic>) has been called &#x0201C;cactus-1-approximation&#x0201D; in Ganter and Schirmacher [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. A more complicated relation (&#x0201C;cactus-2&#x0201D;) suggested also by Ganter and Schirmacher [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>] shall not be considered here.</p>
<p>The auxiliary quantities &#x003C3;(<bold>q</bold>, <italic>s</italic>) and <italic>g</italic>(<bold>q</bold>, <italic>s</italic>) obey the self-consistent set of equations</p>
<disp-formula id="E21"><label>(19)</label><mml:math id="M43"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E22"><mml:math id="M44"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>q</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>p</mml:mi></mml:mstyle></mml:munder><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>q</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>p</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>q</mml:mi></mml:mstyle><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>p</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<sec>
<title>2.3.1. The spectral moments in the ERM formalism</title>
<p>In order to relate the SCERM scheme outlined in the previous paragraph to the spectral moments, we perform a high frequency expansion of the Green&#x00027;s function. We take advantage of the Hilbert-Stieltjes transformation relating <italic>G</italic>(<bold>q</bold>, <italic>s</italic>) to its imaginary part:</p>
<disp-formula id="E23"><label>(20)</label><mml:math id="M45"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>q</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02033;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>q</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Performing the |<bold>q</bold>| &#x02192; &#x0221E; limit as prescribed in Equation (15), we obtain</p>
<disp-formula id="E24"><label>(21)</label><mml:math id="M46"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In the |<bold>q</bold>| &#x02192; &#x0221E; limit the Green&#x00027;s function of Equation (14) becomes (taking into account <inline-formula><mml:math id="M47"><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>q</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>)</p>
<disp-formula id="E25"><label>(22)</label><mml:math id="M48"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In order to expand the self energy it is advisable to reformulate Equation (19), using the identy,</p>
<disp-formula id="E26"><label>(23)</label><mml:math id="M49"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>q</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>q</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>as</p>
<disp-formula id="E27"><label>(24)</label><mml:math id="M50"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003A3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>q</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>q</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>q</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The |<bold>q</bold>| &#x02192; &#x0221E; limit is then</p>
<disp-formula id="E28"><label>(25)</label><mml:math id="M51"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We are interested in the first two nontrivial moments, therefore we need the expansion in 1/<italic>s</italic> up to the cubic, 1/<italic>s</italic><sup>3</sup>, term. By inspecting Equation (22), we note that it is sufficient to expand &#x003A3;<sub>&#x0221E;</sub>(<italic>s</italic>) up to 1/<italic>s</italic> to have <italic>G</italic><sub>&#x0221E;</sub>(<italic>s</italic>) correct up to 1/<italic>s</italic><sup>3</sup>. In Equation (25) the leading contribution is given by the high-frequency limit <italic>g</italic>(<italic>p, s</italic>) &#x02192; 1/<italic>s</italic>. The leading result for &#x003A3;<sub>&#x0221E;</sub>(<italic>s</italic>) is then</p>
<disp-formula id="E29"><label>(26)</label><mml:math id="M52"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Inserting this equation into Equation (22):</p>
<disp-formula id="E30"><label>(27)</label><mml:math id="M53"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>p</mml:mi></mml:mstyle></mml:munder><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>By comparing this equation with Equation (21) we have:</p>
<disp-formula id="E31"><label>(28)</label><mml:math id="M54"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>p</mml:mi></mml:mstyle></mml:munder><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>p</mml:mi></mml:mstyle></mml:munder><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent='true'><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Using the Parseval theorem one can easily show</p>
<disp-formula id="E32"><label>(29)</label><mml:math id="M55"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>p</mml:mi></mml:mstyle></mml:munder><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>&#x00393;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>so that the results Equations (11) and (28) are the same.</p>
<p>This means that the SCERM approximation not only preserves the Rayleigh scattering property, as emphasized in Ganter and Schirmacher [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>] but also preserves the first three spectral moments. Because we used only the property <inline-formula><mml:math id="M56"><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>q</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:math></inline-formula>, any theory for calculating the &#x0201C;internal&#x0201D; Green&#x00027;s function will have this property. The nontrivial task is to come up with such a theory. In the next but one paragraph we show that one can establish a link between the self-consistent ERM approximations [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>] and the self-consistent Born approximation of the heterogeneous elasticity theory [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>]. By this correspondence we shall find a simplified theory for calculating the DOS.</p>
</sec>
<sec>
<title>2.3.2. The DOS in the SCERM formalism</title>
<p>For calculating the level density we need the large-wavenumber limit of the self energy &#x003A3;<sub>&#x0221E;</sub>(<italic>s</italic>), Equation (25). In these expressions appears the large-wavenumber limit of the auxiliary quantities <inline-formula><mml:math id="M57"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M58"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In order to calculate these quantities we take the large wavenumber limit in the self-consistent equations (Equation 19) applying again the convolution identity (Equation 23) to obtain</p>
<disp-formula id="E33"><label>(30)</label><mml:math id="M59"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mi>t</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E34"><label>(31)</label><mml:math id="M60"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:msub><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Equations (30) and (31) lead to a quadratic equation for <italic>g</italic><sub>&#x0221E;</sub> with the solution (&#x0201C;Hubbard Green&#x00027;s function&#x0201D; [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>])</p>
<disp-formula id="E35"><label>(32)</label><mml:math id="M61"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02250;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mi>t</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Its imaginary part is a half-ellipse (HE), centered around <italic>t</italic><sub>0</sub> with half width <inline-formula><mml:math id="M62"><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mrow><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Combining now Equations (25) and (30) we have</p>
<disp-formula id="E36"><label>(33)</label><mml:math id="M63"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003A3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003A3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with</p>
<disp-formula id="E37"><label>(34)</label><mml:math id="M64"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003A3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mi>t</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Combining this with the expression (Equation 22) for <italic>G</italic><sub>&#x0221E;</sub>(<italic>s</italic>) we get</p>
<disp-formula id="E38"><label>(35)</label><mml:math id="M65"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003A3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003A3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>For the level density we then obtain</p>
<disp-formula id="E39"><label>(36)</label><mml:math id="M66"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x0007B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003A3;</mml:mi><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007D;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with <italic>g</italic><sub><italic>HE</italic></sub>(<italic>s</italic>) given by Equation (32) and <inline-formula><mml:math id="M67"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003A3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> according to Equation (34).</p>
</sec>
<sec>
<title>2.3.3. Relation to heterogeneous-elasticity theory and new self-consistent ERM theory</title>
<p>If we consider the self-consistency Equation (19) we realize that the main contributions to the integrals over wavevectors are restricted to |<bold>q</bold>| &#x0003C; 1/&#x003C3;. This means that one does not make a big error, if one makes an expansion with respect to the parameter |<bold>q</bold>|&#x003C3;, i.e., a <italic>hydrodynamic</italic> expansion. For <italic>t</italic>(<italic>q</italic>) we can write</p>
<disp-formula id="E40"><label>(37)</label><mml:math id="M68"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E41"><label>(38)</label><mml:math id="M69"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>is the unrenormalized sound velocity. We now define a hydrodynamic self energy</p>
<disp-formula id="E42"><label>(39)</label><mml:math id="M70"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>so that the auxiliary Green&#x00027;s function becomes</p>
<disp-formula id="E43"><label>(40)</label><mml:math id="M71"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>q</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In order to perform the limit of Equation (39) we use the Taylor Formula</p>
<disp-formula id="E44"><label>(41)</label><mml:math id="M72"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>q</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>p</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>p</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo><mml:mo>&#x02032;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>t</italic>&#x02032;(<italic>q</italic>) and <italic>t</italic>&#x02033;(<italic>q</italic>) are the derivatives with respect to <italic>q</italic> &#x0003D; |<bold>q</bold>|. Realizing that only even powers of <bold>qp</bold> contribute to the <bold>p</bold> integral in Equation (19) we obtain the following self-consistent equation for &#x003C3;(<italic>q, s</italic>)</p>
<disp-formula id="E45"><label>(42)</label><mml:math id="M73"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>qp</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>q</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Taking into account the angle average <inline-formula><mml:math id="M156"><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>q</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>p</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and replacing <italic>t</italic>&#x02032;(<italic>q</italic>)/<italic>q</italic> by its low-q limit <inline-formula><mml:math id="M75"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> we get</p>
<disp-formula id="E46"><label>(43)</label><mml:math id="M76"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Introducing the dimensionless wavenumber <inline-formula><mml:math id="M77"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula> and the dimensionles self energy <inline-formula><mml:math id="M78"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> we obtain</p>
<disp-formula id="E47"><label>(44)</label><mml:math id="M79"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with the disorder parameter</p>
<disp-formula id="E48"><label>(45)</label><mml:math id="M80"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x00393;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and the normalization constant</p>
<disp-formula id="E49"><label>(46)</label><mml:math id="M81"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We mention that the prefactors of &#x00393; in Equation (45) are model dependent constants, which do not depend on any physical parameter. For the Gaussian force constants <inline-formula><mml:math id="M82"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M83"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Equation (45) is mathematical identical with the version of the SCBA for correlated fluctuating elastic constants [<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>]. One has to make the replacements <italic>C</italic>(<bold>q</bold>) &#x02194; [&#x02212;<italic>f</italic>&#x02032;(<italic>q</italic>)/<italic>q</italic>], where <italic>C</italic>(<bold>q</bold>) is the Fourier-transformed correlation function of the elastic moduli, divided by their variance. The disorder parameter &#x003B3; &#x0221D; &#x00393; &#x0003D; 1/&#x003C1;&#x003C3;<sup>3</sup> is proportional to the relative variation of the fluctuating elastic modulus of a mass-spring model, evaluated by a coarse-graining procedure, as shown by Ganter and Schirmacher [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. Because both for a Gaussian as for an exponential <inline-formula><mml:math id="M84"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the integral in Equation (44) can be done analytically, the solution of this equation is a matter of a few iterations and is much easier and quicker than solving the integral Equation (19).</p>
<p>Taking these considerations into account we now propose the following simplified SCERM scheme, which we call ERM-SCBA: In this approximation we use in formula (Equation 34) for <inline-formula><mml:math id="M85"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003A3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the hydrodynamic <italic>g</italic>(<italic>q, s</italic>) of Equation (40) i.e.,</p>
<disp-formula id="E50"><label>(47)</label><mml:math id="M86"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003A3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mi>t</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with the SCBA self energy &#x003C3;<sub>1</sub>(<italic>s</italic>) given by the SCBA Equation (43)</p>
<disp-formula id="E51"><label>(48)</label><mml:math id="M87"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>This new self-consistent scheme for calculating approximately the spectrum of a disordered mass-spring model is the most important result of the present paper.</p>
<p>We emphasize that this approximation still meets the requirements of</p>
<list list-type="roman-lower">
<list-item><p>Preserving the lowest two nontrivial moments,</p></list-item>
<list-item><p>Giving a Debye DOS for &#x003BB; &#x0003C; &#x003BB;<sup>&#x0002A;</sup>,</p></list-item>
<list-item><p>Leading to Rayleigh scattering in the same frequency range.</p></list-item>
</list>
<p>We shall investigate the accuracy of this approximation in the next chapter.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3. The gaussian force constants</title>
<p>In this section we report the results for the case of the Gaussian shape for the force constants <inline-formula><mml:math id="M88"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, so that we have <italic>f</italic>(<italic>r</italic>) &#x0003D; <italic>e</italic><sup>&#x02212;<italic>r</italic><sup>2</sup>/2</sup>, <inline-formula><mml:math id="M89"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M90"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. For the &#x0201C;vertex function&#x0201D; in Equation (44) we have</p>
<disp-formula id="E52"><label>(49)</label><mml:math id="M91"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<sec>
<title>3.1. Numerical simulation</title>
<p>In order to compare the analytical expression for the spectral moments summarized in the next paragraph, and, more important, to test the level of accuracy of the different theoretical approximation for the DOS spectral shape, we run a numerical simulation of the dynamics in the specific case of Gaussian shape for <italic>K</italic>(<italic>r</italic><sub><italic>ij</italic></sub>). For different values of the couple of parameters (<italic>N</italic>, &#x00393;) we randomly chose <italic>N</italic> points (<inline-formula><mml:math id="M92"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>) distributed in a box of size <italic>L</italic> &#x0003D; 1, set up the dynamical matrix with <italic>K</italic><sub>0</sub>&#x0003D;1 and <italic>M</italic> &#x0003D; 1, diagonalized this matrix using the Jacobi diagonalization algorithm [<xref ref-type="bibr" rid="B45">45</xref>], and set up the DOS as histogram of the obtained eigenvalues by repeating &#x02248;1,000 times the random points choosing. The so obtained spectra are compared (see later) with the results of the theoretical approximations, and their spectral moments are derived by numerical integrations.</p>
</sec>
<sec>
<title>3.2. Results for the level density</title>
<p>Let us collect the equations we need for calculating the ERM-SCBA density of levels for the Gaussian model:</p>
<disp-formula id="E53"><label>(50a)</label><mml:math id="M93"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x0007B;</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x003A3;</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007D;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E54"><label>(50b)</label><mml:math id="M94"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mover accent='true'><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:msub><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E88"><label>(50c)</label><mml:math id="M195"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x003A3;</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003A3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mi>&#x00393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mover accent='true'><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E55"><label>(50d)</label><mml:math id="M95"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with</p>
<disp-formula id="E56"><label>(50e)</label><mml:math id="M96"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We have</p>
<disp-formula id="E57"><label>(50f)</label><mml:math id="M97"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and</p>
<disp-formula id="E58"><label>(50g)</label><mml:math id="M98"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><inline-formula><mml:math id="M99"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M100"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the dimensionless frequency variables and <italic>w</italic>(<italic>z</italic>) &#x0003D; <italic>e</italic><sup>&#x02212;<italic>z</italic><sup>2</sup></sup>erfc(&#x02212;<italic>iz</italic>) is the Faddeeva function [<xref ref-type="bibr" rid="B46">46</xref>]. It is clear that Equation (50d) is the one, which has to be iterated.</p>
<p>In Figure <xref ref-type="fig" rid="F1">1</xref> we compare the level density of the numerical diagonalization for &#x00393; &#x0003D; 1 with the result of the SCERM calculation of Ganter and Schirmacher [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>] and our ERM-SCBA calculation for &#x00393; &#x0003D; 1. We include also the level density corresponding to the half-elliptic DOS. It is seen that both self-consistent approximations give a fair description of the numerical DOS. The ERM-SCBA gives even a more symmetrical result for the &#x0201C;Einstein peak&#x0201D; around <italic>t</italic><sub>0</sub>, compared with the SCERM result. It smoothly interpolates from the &#x0201C;hydrodynamic&#x0201D; DOS to the half-elliptic Einstein peak.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>Figure 1</label>
<caption><p>Comparison between the numerically calculated level density (<italic>N</italic> &#x0003D; 800) for &#x00393; &#x0003D; 1 (red connected symbols) with the SCERM result of Ganter and Schirmacher [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>] (blue dash-double dots), our ERM-SCBA result (red dashes) and the half-elliptic DOS (green dash-dots).</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-05-00029-g0001.tif"/>
</fig>
<p>In Figure <xref ref-type="fig" rid="F2">2</xref> we compare the level density of the numerical simulation with the ERM-SCBA for different values of &#x00393;. The decreasing accuracy of the theoretical results with degreasing &#x00393; might be due to the appearance of finite-size effects (see next paragraph).</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>Figure 2</label>
<caption><p>Comparison between the numerically calculated level density (<italic>N</italic> &#x0003D; 200, blue connected symbols) with the results of ERM-SCBA (red lines) for &#x00393; &#x0003D; 0.3, 0.65, 1.5, and 3.5 (from top to bottom).</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-05-00029-g0002.tif"/>
</fig>
<p>We conclude that the ERM-SCBA introduced by us is a handy tool to calculate almost analytically the DOS of a spring-mass model. While the ERM-SCBA is not as accurate as the SCERM theory, it is much easier tractable, because here we have to solve only the SCBA Equation (50c), which requires a few numerical iterations, whereas for the SCERM theory one has to solve the set of three-dimensional integral Equation (19).</p>
</sec>
<sec>
<title>3.3. Results for the moments</title>
<sec>
<title>3.3.1. The average &#x02329;<italic>f</italic>&#x0232A; and &#x02329;<italic>f</italic><sup>2</sup>&#x0232A; in the gaussian case</title>
<p>We are now calculating the averages &#x02329;<italic>f</italic>&#x0232A; and &#x02329;<italic>f</italic><sup>2</sup>&#x0232A; needed for the moments. We do this calculation for a finite volume <italic>V</italic> as present in our numerical calculation.</p>
<disp-formula id="E59"><label>(51)</label><mml:math id="M101"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo class="qopname">exp</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="qopname">&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo class="qopname">exp</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">erf</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Similarly, &#x02329;<italic>f</italic><sup>2</sup>&#x0232A; is obtained by the previous equation with the substitution <inline-formula><mml:math id="M103"><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>:</p>
<disp-formula id="E61"><label>(52)</label><mml:math id="M104"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">erf</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Summing up:</p>
<disp-formula id="E162"><label>(53)</label><mml:math id="M180"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">erf</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E62"><label>(54)</label><mml:math id="M105"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">erf</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In terms of (&#x00393;, <italic>N</italic>) the averages become:</p>
<disp-formula id="E63"><label>(55)</label><mml:math id="M106"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x00393;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">erf</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>&#x00393;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E64"><label>(56)</label><mml:math id="M107"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x00393;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">erf</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>&#x00393;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</sec>
<sec>
<title>3.3.2. Check at finite size</title>
<p>We now compare the exact results for the moments in a finite volume, Equations (9), (11), together with Equations (55), (56) with the results of the numerical simulation as described before.</p>
<p>In the next figures the analytical results are compared, in log log scale, with the simulation for <italic>N</italic> &#x0003D; 50 and 150. The data are reported as function of &#x00393; in the range 10<sup>&#x02212;3</sup>&#x02013;10<sup>3</sup>. Figure <xref ref-type="fig" rid="F3">3</xref> reports the comparison of the analytic calculation (black lines) of the first moment <italic>M</italic><sup>(1)</sup> with the results of the numerical simulation (dots). Similarly, Figure <xref ref-type="fig" rid="F4">4</xref> reports the comparison of the analytic calculation of the second moment <italic>M</italic><sup>(2)</sup> with the simulation. Finally Figure <xref ref-type="fig" rid="F5">5</xref> reports the comparison of the analytic calculation of the second central moments <inline-formula><mml:math id="M108"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> (black) and <inline-formula><mml:math id="M109"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> (blue) with the results of the numerical simulation. The red lines in the figure represent the large <italic>N</italic> (full) and small &#x00393; (dashed) limits. All the comparisons are favorable.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>Figure 3</label>
<caption><p>Comparison between the analytical (full lines, from Equations 9 and 55) and numerical (black dots) results for the first moment <italic>M</italic><sup>(1)</sup> of the spectral density of states &#x003C1;(&#x003BB;). &#x003BB; &#x0003D; &#x003C9;<sup>2</sup> are the eigenvalues of the dynamical matrix and &#x003C9; are the characteristic frequencies. The data at the indicated selected <italic>N</italic> values are reported as a function of the parameter &#x00393;. The <italic>N</italic> values (<italic>N</italic> = 50, 100, 150, 200, 300, 500, 1,000, and 10,000 for the analytical case and 50 and 150 for the numerical one) are indicated on the black curves. The red line is the asymptotic, <italic>N</italic>&#x02192;&#x0221E;, limit reported in Equation (58).</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-05-00029-g0003.tif"/>
</fig>
<fig id="F4" position="float">
<label>Figure 4</label>
<caption><p>Comparison between the analytical (full lines, from Equations 11, 55, and 56) and numerical (black dots) results for the second moment <italic>M</italic><sup>(2)</sup> of the spectral density of states &#x003C1;(&#x003BB;). The data at the indicated selected <italic>N</italic> values are reported as a function of the parameter &#x00393;. The <italic>N</italic> values (<italic>N</italic> = 50, 150, and 500 for the analytical case and 50 and 150 for the numerical one) are indicated on the black curves. The red line is the asymptotic, <italic>N</italic>&#x02192;&#x0221E;, limit reported in Equation (58).</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-05-00029-g0004.tif"/>
</fig>
<fig id="F5" position="float">
<label>Figure 5</label>
<caption><p>Comparison between the analytical (full lines, from Equations 11, 55, and 56) and numerical (dots) results for the second central moment <italic>M</italic><sup>(2)</sup> (black) and for the &#x0201C;non trivial&#x0201D; second central moment <inline-formula><mml:math id="M110"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> (blue) of the spectral density of states &#x003C1;(&#x003BB;). The data at the indicated selected <italic>N</italic> values are reported as a function of the parameter &#x00393;. The <italic>N</italic> values (<italic>N</italic> = 50, 150, and 500 for the analytical case and 50 and 150 for the numerical one) are indicated on the black and blue curves. The red full line is the asymptotic, <italic>N</italic>&#x02192;&#x0221E;, limit reported in Equation (58), it turns out to be the same for <italic>M</italic><sup>(2)</sup> and <inline-formula><mml:math id="M111"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. The dashed red lines are the low &#x00393; limit, reported in Equation (60).</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-05-00029-g0005.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec>
<title>3.3.3. Infinite size limit</title>
<p>In the limit of infinite size, <italic>L</italic>&#x02192;&#x0221E;, <italic>N</italic>&#x02192;&#x0221E;, &#x003C1; &#x0003D; <italic>N</italic>/<italic>L</italic><sup>3</sup> &#x0003D; <italic>constant</italic>, from Equations (55) and (56)</p>
<p>we get (with erf(<italic>x</italic>) &#x02192; 1 for large <italic>x</italic>):</p>
<disp-formula id="E65"><label>(57)</label><mml:math id="M112"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable frame='solid'><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:mtable><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>&#x00393;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>&#x00393;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Thus, the moments become (in the infinite size limit <inline-formula><mml:math id="M113"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>):</p>
<disp-formula id="E66"><label>(58)</label><mml:math id="M114"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable frame='solid'><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:mtable><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>&#x00393;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>&#x00393;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x00393;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>&#x00393;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In the infinite size limit the moments only depend on &#x00393;, which justify the choice of this parameter instead of &#x003C1; or/and &#x003C3;.</p>
<p>These infinite size equations are reported as full red lines in Figures <xref ref-type="fig" rid="F3">3</xref>&#x02013;<xref ref-type="fig" rid="F5">5</xref>.</p>
</sec>
<sec>
<title>3.3.4. Large and small &#x00393; limits</title>
<p>Large &#x00393; is similar to large <italic>L</italic>, thus the asymptotic expansions in Equation (58) are valid at large &#x00393; with the further simplification that the term in &#x00393;<sup>&#x02212;2</sup> can be neglected in the expression for <italic>M</italic><sup>(2)</sup>:</p>
<disp-formula id="E67"><label>(59)</label><mml:math id="M115"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable frame='solid'><mml:mrow><mml:mi>&#x00393;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:mtable><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>&#x00393;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>&#x00393;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>&#x00393;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>While straightforward algebra gives the small &#x00393; limit, that turns out to be:</p>
<disp-formula id="E68"><label>(60)</label><mml:math id="M116"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable frame='solid'><mml:mrow><mml:mi>&#x00393;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtable><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mover accent='true'><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>&#x00393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>These limits are easily verified in the three figures previously reported. The equation for <inline-formula><mml:math id="M117"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is reported in Figure <xref ref-type="fig" rid="F5">5</xref> as dashed red line.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4. Discussion and conclusion</title>
<p>In the paper we have shown that the self-consistent euclidean-matrix (SCERM) approximation of Ganter and Schirmacher [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>] preserves the two nontrivial moments of the eigenvalue spectrum of mass-and spring models. This confirms the conclusion that the ERM formalism is a very powerful one and is a good starting point for further work.</p>
<p>We have calculated the exact expressions for the 1st and 2nd spectral moments for finite and infinite samples. We show that in the limit of large interaction parameter &#x003C3; there is a strong size (<italic>N</italic>) dependence of the spectral moments, thus posing a caveat on the extrapolation of finite-size molecular dynamics simulations to the thermodynamic, large <italic>N</italic>, limit.</p>
<p>We have established a link between the self-consistent ERM (SCERM) approximation of Ganter and Schirmacher [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>] and the self-consistent Born (SCBA) scheme of the heterogeneous-elasticity theory of vibrational anomalies [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>]. By this we constructed a simplified version of the SCERM approximation, the ERM-SCBA, which compares well to our numerical diagonalization of the Gaussian-force-constant model. As the SCBA version of herogeneous-elasticity theory has served [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B47">47</xref>] to explain the vibrational anomalies related to the boson peak this is&#x02014;in a nutshell&#x02014;also the case for the new ERM-SCBA.</p>
<p>A more realistic theory, applicable to amorphous solids and liquids in the high-frequency regime should not be based on a scalar mass-spring model but on the full vectorial equations of motions of a disordered solid, interacting via pair potentials. The force constants, which appear in this theory are the second derivatives of the pair potentials. Furthermore the configurational averages should not be based on the random statistics of points but on the statistics of atoms in an amorphous solid, consistent with the pair potentials. Such a theory has been formulated within the ERM scheme by Ciliberti et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>], but unfortunately contained a mistake concerning the summation of diagrams, such that the Rayleigh-scattering property was not obtained [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B49">49</xref>], and the other results are, therefore, questionable. A vectorial version of the ERM-SCBA for the description of amorphous solids will be worked out by the present authors.</p>
<p>Let us mention a drawback of the present approach: The ERM approach is based on an expansion of the averaged Green&#x00027;s function with respect to the inverse density. This means that the theory looses its application range once the density parameter &#x00393;&#x0221D;&#x003C1;<sup>&#x02212;1</sup> becomes much larger than one. In fact, in this regime the spectrum becomes unstable, i.e., negative values of &#x003BB; are predicted [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>]. However, as the force constants <italic>K</italic><sub><italic>ij</italic></sub> are all positive definite so must be the ensemble of eigenvalues. This artifact can be avoided by using the coherent-potential approximation (CPA) [<xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>] instead of the SCBA. A connection between the ERM and CPA formalism which gives a theory valid for low densities, will be published shortly by the present authors.</p>
</sec>
<sec id="s5">
<title>Author contributions</title>
<p>All authors listed, have made substantial, direct and intellectual contribution to the work, and approved it for publication.</p>
<sec>
<title>Conflict of interest statement</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p></sec>
</sec>
</body>
<back>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ganter</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Schirmacher</surname> <given-names>W</given-names></name></person-group>. <article-title>Rayleigh scattering, long-time tails, and the harmonic spectrum of topologically disordered systems</article-title>. <source>Phys Rev B</source> (<year>2010</year>) <bold>82</bold>:<fpage>094205</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevB.82.094205</pub-id></citation></ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sette</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Krisch</surname> <given-names>MH</given-names></name> <name><surname>Masciovecchio</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Ruocco</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Monaco</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>Dynamics of glasses and glass-forming liquids studied by inelastic X-ray scattering</article-title>. <source>Science</source> (<year>1998</year>) <bold>280</bold>:<fpage>1550</fpage>&#x02013;<lpage>5</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1126/science.280.5369.1550</pub-id></citation></ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Binder</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Kob</surname> <given-names>W</given-names></name></person-group>. <source>Glassy Materials and Disordered Solids: An Introduction</source>. <publisher-loc>London</publisher-loc>: <publisher-name>World Scientific</publisher-name> (<year>2011</year>).</citation></ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zeller</surname> <given-names>RC</given-names></name> <name><surname>Pohl</surname> <given-names>RO</given-names></name></person-group>. <article-title>Thermal conductivity and specific heat of noncrystalline solids</article-title>. <source>Phys Rev. B</source> (<year>1971</year>) <bold>4</bold>:<fpage>2029</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevB.4.2029</pub-id></citation></ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Shintani</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Tanaka</surname> <given-names>H</given-names></name></person-group>. <article-title>Universal link between the boson peak and transverse phonons in glass</article-title>. <source>Nat Mater</source> (<year>2008</year>) <bold>7</bold>:<fpage>870</fpage>&#x02013;<lpage>7</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nmat2293</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">18849975</pub-id></citation></ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Horbach</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Kob</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Binder</surname> <given-names>K</given-names></name></person-group>. <article-title>High frequency sound and the boson peak in amorphous silica</article-title>. <source>Eur Phys J B</source> (<year>2001</year>) <bold>19</bold>:<fpage>531</fpage>&#x02013;<lpage>43</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s100510170299</pub-id></citation></ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Nakayama</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Boson peak and terahertz frequency dynamics of vitreous silica</article-title>. <source>Rep Prog Phys.</source> (<year>2002</year>) <bold>65</bold>:<fpage>1195</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0034-4885/65/8/203</pub-id></citation></ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gurevich</surname> <given-names>VL</given-names></name> <name><surname>Parshin</surname> <given-names>DA</given-names></name> <name><surname>Shober</surname> <given-names>HR</given-names></name></person-group>. <article-title>Anharmonicity, vibrational instability, and the Boson peak in glasses</article-title>. <source>Phys Rev. B</source> (<year>2003</year>) <bold>67</bold>:<fpage>094203</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevB.67.094203</pub-id></citation></ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Schirmacher</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Ruocco</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Scopigno</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Acoustic attenuation in glasses and its relation with the boson peak</article-title>. <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>2007</year>) <bold>98</bold>:<fpage>025501</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.98.025501</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">17358618</pub-id></citation></ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ruffl&#x000E9;</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Parshin</surname> <given-names>DA</given-names></name> <name><surname>Courtens</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Vacher</surname> <given-names>R</given-names></name></person-group>. <article-title>Boson peak and its relation to acoustic attenuation in glasses</article-title>. <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>2008</year>) <bold>100</bold>:<fpage>015501</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.100.015501</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">18232782</pub-id></citation></ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chumakov</surname> <given-names>AI</given-names></name> <name><surname>Monaco</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Monaco</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Crichton</surname> <given-names>WA</given-names></name> <name><surname>Bosak</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Rffer</surname> <given-names>R</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Equivalence of the boson peak in glasses to the transverse acoustic van hove singularity in crystals</article-title>. <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>2011</year>) <bold>106</bold>:<fpage>8519</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.106.225501</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">21702612</pub-id></citation></ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chumakov</surname> <given-names>AI</given-names></name> <name><surname>Monaco</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Fontana</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Bosak</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Hermann</surname> <given-names>RP</given-names></name> <name><surname>Bessas</surname> <given-names>D</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Role of disorder in the thermodynamics and atomic dynamics of glasses</article-title>. <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>2014</year>) <bold>112</bold>:<fpage>025502</fpage>. see also the article of A. L. Chumakov and G. Monaco in this volume. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.112.025502</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">24484025</pub-id></citation></ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ruocco</surname> <given-names>GF</given-names></name> <name><surname>Sette</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Di Leonardo</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Fioretto</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Lorenzen</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Krisch</surname> <given-names>C</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Nondynamic origin of the high-frequency acoustic attenuation in glasses</article-title>. <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>1999</year>) <bold>83</bold>:<fpage>5583</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.83.5583</pub-id></citation></ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ruocco</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Sette</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Di Leonardo</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Monaco</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Sampoli</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Scopigno</surname> <given-names>T</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Relaxation processes in harmonic glasses?</article-title> <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>2000</year>) <bold>84</bold>:<fpage>5788</fpage>&#x02013;<lpage>91</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.84.5788</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">10991055</pub-id></citation></ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Economou</surname> <given-names>EN</given-names></name></person-group>. <source>Green&#x00027;s Function in Quantum Physics</source>. <publisher-loc>Heidelberg</publisher-loc>: <publisher-name>Springer-Verlag</publisher-name> (<year>1971</year>).</citation></ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Burin</surname> <given-names>AL</given-names></name> <name><surname>Maksimov</surname> <given-names>LA</given-names></name> <name><surname>Polishchuk</surname> <given-names>IY</given-names></name></person-group>. <article-title>The phonon transport in crystals with heavy defects</article-title>. <source>Phys B</source> (<year>1995</year>) <bold>210</bold>:<fpage>49</fpage>&#x02013;<lpage>54</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0921-4526(94)00909-F</pub-id></citation></ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Polishchuk</surname> <given-names>IY</given-names></name> <name><surname>Maksimov</surname> <given-names>LA</given-names></name> <name><surname>Burin</surname> <given-names>AL</given-names></name></person-group>. <article-title>Localization and propagation of phonons in crystals with heavy impurities</article-title>. <source>Phys. Reports</source> (<year>1997</year>) <bold>288</bold>:<fpage>205</fpage>&#x02013;<lpage>22</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0370-1573(97)00025-2</pub-id></citation></ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Karpov</surname> <given-names>VG</given-names></name> <name><surname>Klinger</surname> <given-names>I</given-names></name> <name><surname>Ignat&#x00027;Ev</surname> <given-names>FN</given-names></name></person-group>. <article-title>Theory of the low-temperature anomalies in the thermal properties of amorphous structures</article-title>. <source>Zh Eksp Teor Fiz</source> (<year>1983</year>) <bold>84</bold>:<fpage>760</fpage>&#x02013;<lpage>75</lpage>.</citation></ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Buchenau</surname> <given-names>U</given-names></name> <name><surname>Galperin</surname> <given-names>YM</given-names></name> <name><surname>Gurevich</surname> <given-names>VL</given-names></name> <name><surname>Schober</surname> <given-names>HR</given-names></name></person-group>. <article-title>Anharmonic potentials and vibrational localization in glasses</article-title>. <source>Phys Rev B</source> (<year>1991</year>) <bold>43</bold>:<fpage>5039</fpage>&#x02013;<lpage>45</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevB.43.5039</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">9997881</pub-id></citation></ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Buchenau</surname> <given-names>U</given-names></name> <name><surname>Galperin</surname> <given-names>YM</given-names></name> <name><surname>Gurevich</surname> <given-names>VL</given-names></name> <name><surname>Parshin</surname> <given-names>DA</given-names></name> <name><surname>Ramos</surname> <given-names>MA</given-names></name> <name><surname>Schober</surname> <given-names>HR</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Interaction of soft modes and sound waves in glasses</article-title>. <source>Phys. Rev. B</source> (<year>1992</year>) <bold>46</bold>:<fpage>2798</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevB.46.2798</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">10003968</pub-id></citation></ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gurevich</surname> <given-names>VL</given-names></name> <name><surname>Parshin</surname> <given-names>DA</given-names></name> <name><surname>Schober</surname> <given-names>HR</given-names></name></person-group>. <article-title>Pressure dependence of the boson peak in glasses</article-title>. <source>Phys Rev B</source> (<year>2005</year>) <bold>71</bold>:<fpage>014209</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevB.71.014209</pub-id></citation></ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Maurer</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Schirmacher</surname> <given-names>W</given-names></name></person-group>. <article-title>Local oscillators vs. elastic disorder: a comparison of two models for the boson peak</article-title>. <source>J Low-Temperature Phys.</source> (<year>2004</year>) <bold>137</bold>:<fpage>453</fpage>&#x02013;<lpage>70</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1023/B:JOLT.0000049065.04709.3e</pub-id></citation></ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Schirmacher</surname> <given-names>W</given-names></name></person-group>. <article-title>Thermal conductivity of glassy materials and the &#x0201C;boson peak</article-title>. <source>Europhys Lett.</source> (<year>2006</year>) <bold>73</bold>:<fpage>892</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1209/epl/i2005-10471-9</pub-id></citation></ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Schirmacher</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Schmid</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Tomaras</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Viliani</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Baldi</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Ruocco</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>Vibrational excitations in systems with correlated disorder</article-title>. <source>Phys Status Solidi (c)</source> (<year>2008</year>) <bold>5</bold>:<fpage>862</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/pssc.200777584</pub-id></citation></ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Schirmacher</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Schmid</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Tomaras</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Baldi</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Viliani</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Ruocco</surname> <given-names>G</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Sound attenuation and anharmonic damping in solids with correlated disorder</article-title>. <source>Condensed Mater Phys.</source> (<year>2010</year>) <bold>13</bold>:<fpage>23606</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.5488/CMP.13.23606</pub-id></citation></ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Tomaras</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Schirmacher</surname> <given-names>W</given-names></name></person-group>. <article-title>High-frequency vibrational density of states of a disordered solid</article-title>. <source>J Phys Condens Matter</source> (<year>2013</year>) <bold>25</bold>:<fpage>495402</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0953-8984/25/49/495402</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">24214818</pub-id></citation></ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Schirmacher</surname> <given-names>W</given-names></name></person-group>. <article-title>The boson peak</article-title>. <source>Phys Stat Sol. (b)</source> (<year>2013</year>) <bold>250</bold>:<fpage>937</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/pssb.201248544</pub-id></citation></ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Schirmacher</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Scopigno</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Ruocco</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>Theory of vibrational anomalies in glasses</article-title>. <source>J Noncryst Sol.</source> (<year>2014</year>) <bold>407</bold>:<fpage>133</fpage>&#x02013;<lpage>40</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jnoncrysol.2014.09.054</pub-id></citation></ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Schirmacher</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Wagener</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. In: <person-group person-group-type="editor"><name><surname>Dianoux</surname> <given-names>AJ</given-names></name> <name><surname>Petry</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Teixeira</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>, editors. <source>Dynamics of Disordered Materials.</source> <publisher-loc>Heidelberg</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>1989</year>).</citation></ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Xu</surname> <given-names>BC</given-names></name> <name><surname>Stratt</surname> <given-names>RM</given-names></name></person-group>. <article-title>Liquid theory for band structure in a liquid. II. P orbitals and phonons</article-title>. <source>J Chem Phys.</source> (<year>1990</year>) <bold>92</bold>:<fpage>1923</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.458023</pub-id></citation></ref>
<ref id="B31">
<label>31.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wu</surname> <given-names>TM</given-names></name> <name><surname>Loring</surname> <given-names>RF</given-names></name></person-group>. <article-title>Phonons in liquids: a random walk approach</article-title>. <source>J Chem Phys.</source> (<year>1990</year>) <bold>97</bold>:<fpage>8568</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.463375</pub-id></citation></ref>
<ref id="B32">
<label>32.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Schirmacher</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Wagener</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Analogies between hopping and phonon propagation in disordered solids</article-title>. <source>Philos Magn B</source> (<year>1992</year>) <bold>65</bold>:<fpage>861</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/13642819208204892</pub-id></citation></ref>
<ref id="B33">
<label>33.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Schirmacher</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Wagener</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Vibrational anomalies and phonon localization in glasses</article-title>. <source>Sol State Comm.</source> (<year>1993</year>) <bold>86</bold>:<fpage>597</fpage>&#x02013;<lpage>603</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0038-1098(93)90147-F</pub-id></citation></ref>
<ref id="B34">
<label>34.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>K&#x000FC;hn</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Horstmann</surname> <given-names>U</given-names></name></person-group>. <article-title>Random matrix approach to glassy physics: low temperatures and beyond</article-title>. <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>1997</year>) <bold>78</bold>:<fpage>4067</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.78.4067</pub-id></citation></ref>
<ref id="B35">
<label>35.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Schirmacher</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Diezemann</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Ganter</surname> <given-names>C</given-names></name></person-group>. <article-title>Harmonic vibrational excitations in disordered solids and the &#x0201C;boson peak&#x0201D;</article-title>. <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>1998</year>) <bold>81</bold>:<fpage>136</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.81.136</pub-id></citation></ref>
<ref id="B36">
<label>36.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Schirmacher</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Diezemann</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Ganter</surname> <given-names>C</given-names></name></person-group>. <article-title>Model calculations for the vibrational anomalies of a disordered Lennard Jones solid</article-title>. <source>Phys B</source> (<year>2000</year>) <bold>284&#x02013;288</bold>:<fpage>1147</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0921-4526(99)02550-8</pub-id></citation></ref>
<ref id="B37">
<label>37.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mart&#x000ED;n-Mayor</surname> <given-names>V</given-names></name> <name><surname>Parisi</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Veroccio</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <article-title>Dynamical structure factor in disordered systems</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2000</year>) <bold>62</bold>:<fpage>2373</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.62.2373</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">11088717</pub-id></citation></ref>
<ref id="B38">
<label>38.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Taraskin</surname> <given-names>SN</given-names></name> <name><surname>Elliott</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Loh</surname> <given-names>YH</given-names></name> <name><surname>Nataranjan</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>Origin of the boson peak in systems with lattice disorder</article-title>. <source>Phys Ref Lett.</source> (<year>2001</year>) <bold>86</bold>:<fpage>1255</fpage>&#x02013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.86.1255</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">11178057</pub-id></citation></ref>
<ref id="B39">
<label>39.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Grigera</surname> <given-names>TS</given-names></name> <name><surname>Martin-Mayor</surname> <given-names>V</given-names></name> <name><surname>Parisi</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>Verrocchio P. Vibrational spectrum of topologically disordered systems</article-title>. <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>2001</year>) <bold>87</bold>:<fpage>085502</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.87.085502</pub-id></citation></ref>
<ref id="B40">
<label>40.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mart&#x000ED;n-Mayor</surname> <given-names>V</given-names></name> <name><surname>Mzard</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Parisi</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Verrocchio</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <article-title>The dynamical structure factor in topologically disordered systems</article-title>. <source>J Chem Phys.</source> (<year>2001</year>) <bold>114</bold>:<fpage>8068</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.1349709</pub-id></citation></ref>
<ref id="B41">
<label>41.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Grigera</surname> <given-names>TS</given-names></name> <name><surname>Mart&#x000ED;n-Mayor</surname> <given-names>V</given-names></name> <name><surname>Parisi</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Verrocchio</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <article-title>Phonon interpretation of the &#x02018;boson peak&#x02019; in supercooled liquids</article-title>. <source>Nature</source> (<year>2003</year>) <bold>422</bold>:<fpage>289</fpage>&#x02013;<lpage>92</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nature01475</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">12646916</pub-id></citation></ref>
<ref id="B42">
<label>42.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Amir</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Krich</surname> <given-names>JJ</given-names></name> <name><surname>Vitelli</surname> <given-names>V</given-names></name> <name><surname>Oreg</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Imry</surname> <given-names>Y</given-names></name></person-group>. <article-title>Emergent percolation length and localization in random elastic networks</article-title>. <source>Phys Rev X</source> (<year>2013</year>) <bold>3</bold>:<fpage>021017</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevX.3.021017</pub-id></citation></ref>
<ref id="B43">
<label>43.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>K&#x000F6;hler</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Ruocco</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Schirmacher</surname> <given-names>W</given-names></name></person-group>. <article-title>Coherent potential approximation for diffusion and wave propagation in topologically disordered systems</article-title>. <source>Phys Rev B</source> (<year>2013</year>) <bold>88</bold>:<fpage>064203</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevB.88.064203</pub-id></citation></ref>
<ref id="B44">
<label>44.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hubbard</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Beeby</surname> <given-names>JL</given-names></name></person-group>. <article-title>Collective motion in liquids</article-title>. <source>J Phys C (Solid St. Phys.)</source> (<year>1969</year>) <bold>2</bold>:<fpage>556</fpage>.</citation></ref>
<ref id="B45">
<label>45.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Golub</surname> <given-names>GH</given-names></name> <name><surname>van der Vorst</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Eigenvalue computation in the 20th century</article-title>. <source>J Comput Appl Math.</source> (<year>2000</year>) <bold>123</bold>:<fpage>35</fpage>&#x02013;<lpage>65</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0377-0427(00)00413-1</pub-id></citation></ref>
<ref id="B46">
<label>46.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Elliott</surname> <given-names>SR</given-names></name></person-group>. <source>Handbook of Mathematical Functions</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Wiley&#x02013;Interscience</publisher-name> (<year>1973</year>).</citation></ref>
<ref id="B47">
<label>47.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Marruzzo</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Schirmacher</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Fratalocchi</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Ruocco</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>Heterogeneous shear elasticity of glasses: the origin of the boson peak</article-title>. <source>Nat Sci Rep.</source> (<year>2013</year>) <bold>3</bold>:<fpage>1407</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/srep01407</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">23470597</pub-id></citation></ref>
<ref id="B48">
<label>48.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ciliberti</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Grigera</surname> <given-names>TS</given-names></name> <name><surname>Martin-Mayor</surname> <given-names>V</given-names></name> <name><surname>Parisi</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Verrocchio</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <article-title>Brillouin and boson peaks in glasses from vector Euclidean random matrix theory</article-title>. <source>J Chem Phys.</source> (<year>2003</year>) <bold>119</bold>:<fpage>8577</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.1610439</pub-id></citation></ref>
<ref id="B49">
<label>49.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Grigera</surname> <given-names>TS</given-names></name> <name><surname>Mart&#x000ED;n-Mayor</surname> <given-names>V</given-names></name> <name><surname>Parisi</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Urbani</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Verrocchio</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <article-title>On the high-density expansion for Euclidean random matrices</article-title>. <source>J Stat Mech.</source> (<year>2011</year>) <bold>2011</bold>:<fpage>P02015</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1742-5468/2011/02/P02015</pub-id></citation></ref>
</ref-list>
<app-group>
<app>
<title>Appendix</title>
<sec>
<title>A.1. Detailed calculation of the moments</title>
<sec>
<title>A.1.1. First moment</title>
<p>From Equation (7) the first (<italic>n</italic> &#x0003D; 1) moment is given by the trace of the dynamical matrix:</p>
<disp-formula id="E69"><label>(A1)</label><mml:math id="M118"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The sum appearing in the rightmost term in this equation is extended over <italic>N</italic>(<italic>N</italic> &#x02212; 1) terms, all different each others, thus statistically independent, and all arising from the same probability distribution function <inline-formula><mml:math id="M155"><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">P</mml:mi></mml:math></inline-formula>(<italic>f</italic>). Therefore we can write:</p>
<disp-formula id="E70"><label>(A2)</label><mml:math id="M119"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The whole set of first moments, according to their definition, turn out to be:</p>
<disp-formula id="E71"><label>(A3)</label><mml:math id="M120"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</sec>
<sec>
<title>A.1.2. Second moment</title>
<p>Following the same steps as in the case of the first moment, we have:</p>
<disp-formula id="E74"><mml:math id="M123"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">tr</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x02329;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Expanding the square in the sum of the rightmost term in the previous equation, keeping in ind that <inline-formula><mml:math id="M124"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M125"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, &#x003B4;<sub><italic>ij</italic></sub>(1 &#x02212; &#x003B4;<sub><italic>ij</italic></sub>) &#x0003D; 0):</p>
<disp-formula id="E75"><mml:math id="M165"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x02329;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>thus</p>
<disp-formula id="E77"><mml:math id="M126"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x02329;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x02329;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x02329;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x02329;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In the first sum of the latter expression there are <italic>N</italic>(<italic>N</italic> &#x02212; 1) terms <inline-formula><mml:math id="M129"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> (arising from <italic>k</italic> &#x0003D; <italic>k</italic>&#x02032; &#x02260; <italic>i</italic>) and <italic>N</italic>(<italic>N</italic> &#x02212; 1)(<italic>N</italic> &#x02212; 2) terms <inline-formula><mml:math id="M130"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> with all the three indexes <italic>i, k, k</italic>&#x02032; different each others. In the second summation there are <italic>N</italic>(<italic>N</italic> &#x02212; 1) terms <inline-formula><mml:math id="M131"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> (<italic>i</italic> &#x02260; <italic>j</italic>). Therefore:</p>
<disp-formula id="E78"><mml:math id="M132"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with, similar to before:</p>
<disp-formula id="E79"><label>(A4)</label><mml:math id="M133"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02250;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Overall:</p>
<disp-formula id="E80"><label>(A5)</label><mml:math id="M134"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Now <inline-formula><mml:math id="M135"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>can be easily obtained:</p>
<disp-formula id="E81"><label>(A6)</label><mml:math id="M136"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Then</p>
<disp-formula id="E82"><label>(A7)</label><mml:math id="M137"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and</p>
<disp-formula id="E83"><label>(A8)</label><mml:math id="M138"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Summing up the different second moments (by neglecting terms of order 1 with respect to <italic>N</italic>):</p>
<disp-formula id="E84"><label>(A9)</label><mml:math id="M139"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</sec>
</sec>
</app>
</app-group>
<fn-group>
<fn id="fn0001"><p><sup>1</sup>In their original papers on the ERM formalism the authors claimed that the model would not exhibit Rayleigh scattering [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>]. Ganter and Schirmacher [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>] and later Grigera et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B49">49</xref>] showed that this statement was in error.</p></fn>
</fn-group>
</back>
</article>
