Group_theory_lecture
.pdfВещественные числа hi (с условием 'i hi = 0) и xij , yij (i < j) являются параметрами группы SU(N). Количество этих параметров очевидно равно сумме числа N(N − 1) недиагональных (xij , ykl) и числа (N − 1) независимых диагональных элементов hi (i = 1, . . . , N − 1) матрицы A. Т . о ., вещественная размерность группы SU(N) равна N2 − N + N − 1 = N2 − 1. Экспоненциальное представление для унитарной матрицы из SU(N) имеет вид
U = exp |
i |
N |
h˜iHi + i |
) |
(xij Sij + yijTij) . |
|
) |
|
|
||
|
|
i=1 |
|
i<j |
|
Удобно переписать элемент(3.6.2)алгебры Ли |
|
su(N) |
группы SU(N) в другом |
||||
базисе |
|
|
|
|
|
|
|
N−1 |
|
|
|
|
|
|
(3.6.6) |
A = i=1 hiHi + i<j ,(zij ) Eij + zij Fij- , |
|
||||||
) |
) |
|
|
|
|
|
|
где мы ввели комплексные параметры zij = xij + iyij, |
а (N2 − 1) образующих |
||||||
алгебры Ли выбраны в виде |
|
|
|
|
|
|
|
= e (i < j) , H |
|
= e |
1 |
N |
e , |
(3.6.7) |
|
|
|
||||||
Eij = eij , Fij N |
ji |
i |
ii − N |
'j=1 |
jj |
||
'i=1 |
Hi = 0 , Tr(Hi) = 0 , |
|
|
|
|
||
т.е. Hi - диагональные бесследовые матрицы, а |
|
Eij = eij и Fij = eji (i < j) - |
|||||
матричные единицы над и под главной диагональю,соответственно. |
|
||||||
Важно отметить,что координаты в разложении(3.6.6)произвольного элемен-
та su(N) в новом базисе уже не являются вещественными числами. Более того
произвольный комплексный вектор(с комплексными координатами |
{ui, wij, zij }) |
||
в пространстве с базисом Hi, Eij, Fij имеет вид |
|
|
|
N−1 |
) |
- , |
|
) |
|
||
Z = i=1 |
uiHi + i<j ,wijEij + zij Fij |
(3.6.8) |
|
и описывает любую комплексную (N ×N) матрицу Z, удовлетворяющую Tr(Z) = 0. Очевидно, что коммутатор двух таких матриц [Z, Z′] = Z′′ снова является бесследовой комплексной матрицей.Т.о.,бесследовые комплексные матрицы Z образуют комплексную алгебру Ли,которая обозначается sl(N, C) и является алгеброй Ли для группы SL(N, C) (группа комплексных (N × N) матриц с детерминантом равным1;см. (3.6.1))Если. параметр ы линейного пространства(3.6.8)ограничены условиями {ui, wij, zij } R, или ui R, wij = (zij ) , то соответствующие матрицы Z описывают две разные вещественные формы алгебры sl(N, C), кото - рые являются двумя разными вещественными алгебрами: Ли sl(N, R) или su(N), соответственно.
131
alliN1
hefN
alliN2
Используя правило произведения матричных единиц eij (3.6.5)мы получаем коммутационные соотношения
[eij , ekm] = δjk eim − δim ejk ,
(все матричные единицы eij (1 ≤ i, j ≤ N) образуют базис алгебры Ли gl(N)) из которых следуют коммутационные соотношения для образующих алгебры Ли
(3.6.7)
[Hi, Hj] = 0 , [Hi, Ekj] = δikEij − δij Eki , [Hi, Fkj] = δijFki − δikFij ,
[Eij , Ekm] = δjkEim − δimEkj , |
[Fij , Fkm] = δimFkj − δkj Fim , |
(3.6.9) glNN |
[Eij , Fkm] = δjmEik − δikEmj (j − i > m − k) , |
||
[Eij , Fkm] = δjmFik − δikFmj (j − i < m − k) , |
|
|
[Eij , Fkm] = δjmδik(Hi − Hj) (j − i = m − k) . |
|
|
Т.е.мы выделили базис в алгебре Ли |
sl(N) такой,что генераторы |
Hi образу- |
ют коммутирующую подалгебру, совокупности генераторов {Hi, Eij} и {Hi, Fij } определяют подалгебры Ли в sl(N). Данный базиc {Hi, Eij , Fij} (i < j) в алгебре Ли sl(N) называется базисом Картана. Коммутативная подалгебра Ли, образованная элементами Hi (i = 1, . . . , N − 1), называется подалгеброй Картана. Образую-
щие Hi подалгебры Картана называются элементами Карт,анаобразующие |
Eij |
и Fij называются положительными и отрицательными корнями,соответственно. |
|
Подалгебры Ли образованные только элементами Eij или только Fij называются положительной или отрицательной подалгеброй Бореля в алгебре sl(N), соответственно.
2.Конструкция Йордана-Швингера для образующих алгебр Ли.
Для начала обсудим конструкцию Йордана-Швингера для алгебр sl(N) и su(N). Введем алгебру N- мерного осциллятора, которая задается 2N образующими ai и a/i (i = 1, . . . , N), удовлетворяющими каноническим коммутационным соотношениям
|
[ai, aj ] = δij , |
[ai, aj ] = 0 , |
[ai, aj ] = 0 . |
(3.6.10) |
osc1 |
||||
Тогда образующие |
Hi, Eij , Fij |
алгебры Ли |
sl(N) можно реализовать в виде |
|
|||||
/ |
|
|
/ / |
|
|
||||
Hi = ai ai − N )j |
aj aj , |
Eij |
= ai aj |
(i > j) , |
Fij = aj ai (i > j) . |
(3.6.11) |
osc2 |
||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ |
|
/ |
|
/ |
|
|
/ |
|
|
Действительно,легко проверить,что опе |
раторы(3.6.11)удовлетворяют коммута- |
|
|||||||
ционным соотношениям(3.6.9).Констру |
кция(3.6.11),в которой образующие ал- |
|
|||||||
132
гебры Ли sl(N) представляются в виде квадратичных комбинаций осцилляторов, называется конструкцией Йордана-Швингера.
|
В качестве примера рассмотрим конструкцию(3.6.11) для алгебры Ли |
sl(2). |
|
||||||||||||||||||||||||||
Алгебру осцилляторов(3.6.10)ре ализуем следующим образом |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
(a1, a2) = (s, t) , (a/1, a/2) = (∂s, ∂t) . |
|
|
|
||||||||||||||||||||||
Тогда формулы(3.6.11)дают уже изв |
|
|
|
естную нам реализацию(3.4.22). |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
Пусть в(3.6.10) ai = ai†, тогда образующие для алгебры Ли su(N) в конструк- |
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
Швингера(в силу их эрмитовости(3.6.4))имеют вид |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
ции Йордана- |
|
/ |
|
|
|
|
|
|
'j aj aj† , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
Hi = ai ai† − |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
(3.6.12) |
osc3 |
|||||||||||||||
|
|
Sij = 21 (ai aj† + aj ai†) (i > j) , Tij = |
i |
(ai aj† − aj ai†) (i > j) . |
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
2 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
Антисимметричные операторы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
Lij = |
1 |
(ai a/j |
− aj |
a/i) , |
|
|
|
|
|
|
(3.6.13) |
algso1 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
образуют подалгебру Ли в алгебре с генераторами(3.6.11),которая как нетрудно |
|
||||||||||||||||||||||||||||
проверить является алгеброй Ли для ортогональной группы SO(N). С другой |
|
||||||||||||||||||||||||||||
стороны все квадратичные по осцилляторам операторы |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
Aij = ai aj , Aij′ |
= ai a/j , Aij′′ = a/i a/j |
( i, j = 1, . . . , N) , |
|
|
|||||||||||||||||||||||
число которых равно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
N2 + N(N + 1) = 2N2 + N = |
2N(2N + 1) |
, |
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||
также образуют алгебру Ли.Эта алгебра Ли включает алгебру |
sl(N) |
(3.6.11) |
|
||||||||||||||||||||||||||
как подалгебру и образует алгебру Ли для группы Sp(2N). Действие операторов |
|
||||||||||||||||||||||||||||
ij |
ij |
ij на |
|
- мерный вектор |
|
1 |
|
|
N |
|
1 |
|
|
|
N |
сохраняет симплектиче- |
|
||||||||||||
A |
, A′ |
, A′′ |
2N |
|
|
(a , . . . , a , a , . . . , a ) |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
скую структуру(3.6.10). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ |
|
|
|
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Теперь рассмотрим псевдоунитарную группу SU(p, q), т . е . группу всех унимо- |
|
|||||||||||||||||||||||||||
дулярных,линейных преобразований комплексного |
p + q- мерного пространства, |
|
|||||||||||||||||||||||||||
сохраняющих квадратичную форму(ср.с(2.6.19)) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
p |
|
|
|
q |
|
|
|
|
|
|
|
|
p+q |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
) |
xi xi − |
k) |
|
|
|
|
|
|
|
|
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
x|x p,q = |
|
|
|
xp+kxp+k = |
|
|
xmgmrxr , |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
i=1 |
|
|
=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m,r=1 |
|
|
|
|
|
|
||||||
где мы использовали метрику gmr = diag(1, . . . , 1, −1, . . . , −1). Тогда операторы |
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
9:p |
|
|
; 8 |
|
9:q |
|
|
; |
|
|
(3.6.14) |
gsupq |
|||||||
|
|
|
|
Amn = xm∂n + xn∂m , |
?????? |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
133
генерируют вариации δxm = Amr xr такие,что δ x|x p,q = 0. Т . о ., операторы(3.6.14) обраэуют алгебру Ли группы SU(p, q).
3.Алгебра Ли группы SU(3). Матрицы ГеллМанна.
Рассмотрим случай группы SU(3). Выпишем явный вид8 матриц генераторов
Hi, Sij, Tij |
для алгебры Ли группы SU(3). Для образующих Hi |
и их независимых |
||||||||||||||||||||||
линейных комбинаций λ3 = H1 − H2, λ8 = |
√ |
|
|
|
|
|
|
|
|
√ |
|
H3 мы имеем |
||||||||||||
|
|
|
3 |
(H1 + H2) = − |
3 |
|||||||||||||||||||
матричные представления |
|
|
|
|
0 |
, H3 = −0 |
|
|
|
0 |
|
|||||||||||||
H1 |
= 0 |
3 |
0 , H2 = −0 |
3 |
3 |
, |
||||||||||||||||||
|
2 |
0 |
0 |
|
|
1 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
0 |
|
0 |
|
||||
|
3 |
−0 |
|
3 |
|
|
3 |
|
|
3 |
|
|
|
|
3 |
−0 |
3 |
|
||||||
|
0 |
|
|
0 0 |
|
|
|
|
0 |
|
||||||||||||||
|
|
1 |
− |
|
|
|
|
2 |
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
λ3 |
= 0 1 0 |
, λ8 = |
1 0 1 0 , |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
1 |
0 |
0 |
|
|
√3 |
1 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
0 |
−0 0 |
|
|
0 0 2 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
а для недиагональных образующих Sij Tij матричные представления имеют вид
S12 |
= |
1 |
0 |
0 =: λ1 |
, S13 |
= |
0 0 0 =: λ4 |
, S23 |
= |
0 0 1 |
=: λ6 , |
|||||||||||
|
|
|
0 |
1 |
0 |
|
|
|
|
0 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
|
|
|
1 0 0 |
|
|
|
0 1 0 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T12 |
= |
i |
−0 |
0 |
=: λ2 |
, T13 |
= |
0 |
0 |
−0 |
|
=: λ5 |
, T23 |
= |
0 |
0 |
i |
=: λ7 . |
||||
|
|
|
0 |
|
i |
0 |
|
|
|
0 |
0 |
i |
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
0 0 |
0 |
|
|
|
i |
0 |
0 |
|
|
|
|
0 |
i |
−0 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пользуясь этими представлениями мы получаем коммутационные соотношения для образующих алгебры Ли su(3):
[S12, S13] = i T23 , [S12, S23] = i T13 , [S13, S23] = i T12 , |
|
|
|
[T12, T13] = i T23 , [T12, T23] = −i T13 , [T13, T23] = i T12 , |
|
|
|
[S12, T12] = 2i (H1 − H2) , [S12, T13] = −i S23 , [S12, T23] = −i S13 , |
(3.6.15) |
commst |
|
[S13, T13] = 2i (H1 − H3) , [S13, T12] = −i S23 , [S13, T23] = i S12 , |
|||
[S23, T23] = 2i (H2 − H3) , [S23, T12] = i S13 , [S23, T13] = i S12 , |
|
|
|
[H1, S12] = −iT12, [H1, S13] = −iT13, [H1, T12] = −iS12, [H1, T13] = −iS13, |
|
|
|
[H3, S13] = , [H3, S23] = , [H3, T13] = , [H3, T23] = , |
|
|
|
(оставшиеся коммутаторы равны нулю).Матрицы λi называются матрицами Гелл- |
|
||
Манна.Их нормировка выбрана так,чтоTr |
(λiλj) = 2δij и они подчиняются ком- |
|
|
мутационным соотношениям |
|
|
|
[λi, λj ] = 2 i fijk λk , |
|
|
|
[λi, λj]+ ≡ λiλj + λjλi |
= 34 δij + 2 dijk λk |
(3.6.16) |
commgel |
λi λj = 2 δij + i fijk λk + dijk λk , |
|
|
|
3 |
|
|
|
134
fijk = |
1 |
Tr ([λi, λj ]λk) , |
dijk = 1 Tr ([λi, λj ]+λk) , |
|
|
|
|||
|
4i |
4 |
(3.6.17) |
|
|
|
|
|
|
dijk + i fijk = 12 Tr (λi λj λk) ,
где fijk- структурные константы алгебры Ли su(3), которые легко восстанавливаются из(3.6.15).Константы fijk – полностью антисимметричны по перестановкам индексов i, j, k, а константы dijk – полностью симметричны по перестановкам -ин дексов i, j, k, что следует из(3.6.17).
3.Конечномерные представления групп SU(N). Диаграммы Юнга.
Конечномерные представления группы SU(N) можно строить занимаясь прямым произведением определяющих представлений.При разложении этих произведений в прямую сумму по неприводимым представлениям мы получаем неприво-
димые представления,которые классиф |
ицируются с помощью диаграмм Юнга λ |
||||||||||||||||||||||||
(2.3.11)с |
k |
рядами по |
λi (i = 1, 2, . . . , k) |
клеток в |
каждом ряду( |
λ1 |
≥ |
λ2 |
≥ |
. . . |
≥ |
λk). |
|||||||||||||
|
|
|
|
| |
|
k |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Число клеток в диаграмме обозначается как |
| |
λ |
= |
i' |
λi. Действительно, каждой |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
диаграмме Юнга λ, с числом клеток |λ|, сопоставляется тензор ранга |λ|, опреде- |
|||||||||||||||||||||||||
ленным образом симметризованный. Т.е.диаграмма с одной клеткой |
|
|
соответ- |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
{ψ1, . . . ,ψ N } в пространстве VN определяющего представления |
|||||||||||||||||||
ствует вектору ψ = |
|||||||||||||||||||||||||
группы SU(N): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ψi → Uij ψj |
U SU(N) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Двум возможным диаграммам с двумя клетками |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сопоставляются |
|
|
|
|
ψijs |
и антисимметричный ψija тен- |
|||||||||||||||||||
,соотве тственно,симметричный |
|||||||||||||||||||||||||
зоры второго ранга: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
(3.6.18) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ψijs = |
|
(ψij + ψij ) , ψija |
= |
|
(ψij − ψij ) , |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
2 |
|
|
|
|
||||||||||||
преобразующиеся по правилу |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
ψijs,a → UikUjmψkms,a U SU(N) ,
symfd
simasim
и т . д . Размерность представления группыSU(N), которое соответствует диаграмме λ (число независимых компонент определенным образом симметризованного тензора ранга |λ|),определяется формулой Вейля(или формулой крюков)
dim(λ) = (N − m − n) , (3.6.19) weylhk
hn,m
135
где произведение берется по всем клеткам диаграммы с координатами (n, m) и hn,m – длина крюка, соответствующего клетке (n, m) (т.е.число клеток справа и снизу от клетки (n, m), включая и саму клетку).
4. SU(3) симметрия.Кварки.Массовые формулы.
В физике элементарных частиц, при рассмотрении унитарной симметрии SU(3), координатам вектора ψi = (ψ1, ψ2, ψ3) в пространстве определяющего представления SU(3) сопоставляются кварки (u, d, s). Т . е . кварки преобразуются по представ-
лению .Антикваркам |
¯ |
(¯u, d, s¯) сопоставляются координаты антисимметричного |
тензора ψ |
= E |
|
ψij (3.6.18)и они преобразуются по представлению |
|
. Мезоны |
|||
¯k |
|
kij |
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– это связанные состояния кварков и антикварков и их поля преобразуются по |
||||||||
неприводимым представлениям,возникаю |
щим при прямом произведении кварко- |
|||||||
вого и антикваркового представлений |
2ψj ψ¯k − 3δjk(ψi ψ¯i)3 , |
|
|
|||||
|
|
|
ψj ψ¯k = 3δjk(ψi ψ¯i) + |
|
(3.6.20) meson |
|||
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
или в терминах диаграмм Юнга:
=
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¯i |
) |
где в правой части первая диаграмма соответствует мезонному синглету (ψi ψ |
||||||||||||||||||
(размерность этого представления очевидно = 1),а вторая диаграмма соответ- |
|
|||||||||||||||||
ствует мезонному октету Mjk = |
,ψj ψ¯k − 31 δjk(ψi ψ¯i)- |
(размерность этого представ- |
||||||||||||||||
ления = 8, т . к . размерность всего представления в левой части равна3 × 3 = 9). |
||||||||||||||||||
Бесследовая матрица Mjk сопоставляется октету псевдоскалярных мезонов следу- |
||||||||||||||||||
ющим образом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
√π |
0 |
+ √η |
|
|
0π+ |
K+ |
|
|
|||||||||
Mjk = |
2 |
6 |
|
(3.6.21) meson1 |
||||||||||||||
|
|
|
π− |
|
√π 2 + √η6 |
K0 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
2η |
|
|
|
|
|
|
|
K− |
|
|
K¯ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
√6 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Квадратичный по элементам матрицы(3.6.21) (по мезонным полям) SU(3)-инвариант имеет вид MjkMkj и,соответственно,инвариантный массовый член в мезонном лагранжиане был бы m2M MjkMkj . Т . к . симметрия междуu, d кварками,с одной стороны,и s кварком,с другой стороны,наруше на,то массовый член,учитыва-
136
ющий это нарушение должен иметь вид
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
δL |
|
|
mM2 |
|
k |
j |
2 |
|
3 |
|
|
|
j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(3.6.22) |
meson2 |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
Mj Mk + δM (Mj |
M3 ) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
Подставляя сюда матрицу(3.6.21)мы получаем |
|
- |
|
M , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
δL 2 |
2 |
, |
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
2− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
mM2 |
|
|
|
+ |
|
|
|
|
+ |
|
|
|
¯ 0 |
0 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
02 |
|
|
|
2 |
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
¯ 0 |
|
|
0 |
|
4 |
|
2 |
|
|
||||||||
= |
|
|
2(π |
|
|
π + K |
|
K + K |
K |
) + η |
|
|
+ π |
|
|
+ δ |
|
|
|
K |
|
|
K + K |
K |
|
+ |
|
η |
|
= |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
= |
mM |
|
(π+π− + π−π+) + |
mM |
|
π02+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2 |
|
|
2 |
|
) ,K+K− + K−K+ + K¯ 0K0 |
|
|
|
|
|
|
- + ( |
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
+( |
mM |
+ |
δM |
|
+ K0K¯ 0 |
mM |
+ |
|
4δM |
) η2 . |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2 |
|
2 |
2 |
6 |
|
|
|
|
(3.6.23) |
meson2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Т.о.,мы имеем следующие значения для масс мезонов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
4δ2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mπ |
= mM |
, mK = mM |
+ δM , mη |
= mM + |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
откуда следует соотношение 3mη2 + mπ2 |
= 4mK2 , которое выполняется с хорошей |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
точностью( mπ = 135 − 140Mev, mK = 494 − 498Mev, mη = 547, 5Mev). |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Барионы–это связанные состояния тр |
|
|
ех кварков и их поля преобразуются |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
по неприводимым представлениям,возникающим при прямом произведении трех |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
кварковых представлений |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= ( |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
) |
|
|
|
= |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где в правой части первая диаграмма соответствует барионному синглету,вторая |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
диаграмма соответствует двум барионным октетам(размерность этих представ- |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
лений = 8),а последняя диаграмма соответствует барионному декуплету(размер- |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ность представления = 10, т . к . в левой части размерность представления равна |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
33 = 27 и мы имеем 27 − 1 − 2 × 8 = 10).Все эти размерности также легко полу- |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
чить воспользовавшись формулой(3.6.19). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
—————————————————– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
Конструкция Йордана-Швингера для образующих алгебры |
|
|
su(p, q) через квад- |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ратичные комбинации осцилляторов(пон |
|
адобится ниже).Представления |
|
SU(N). |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Диаграммы Юнга.Размерности неприводим |
ых представлений.Базис Гельфанда- |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Цейтлина.Кварки.Массовые формулы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
Упражнения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
1.Доказать,что операторы |
|
Ln = zn+1 |
|
∂ |
(z C, n- целое число) образуют алгебру |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
∂z |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Лиcопределяющими соотношениями |
|
|
[Ln, Lm] = (m − n)Ln+m. Какая группа Ли |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
соответствует этой алгебре? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
137
3.7Лекция15.Метод индуцированных представлений.Унитарные представления некомпактных групп SL(N, C).
1.Индуцированные представления.
Изложим эту концепцию,следуя лекциям[10].Пусть задана группа G и в ней подгруппа K. Пусть задано некоторое представление ρ: k → ρ(k) (k K) подгруппы K в пространстве L. Рассмотрим набор F вектор-функций f(g) на группе G со значениями в L, удовлетворяющий следующим условиям:
1.F – линейное пространство по отношению к сложению функций и умножинию их на числа;
2.f (k g) = ρ(k) f (g) ( k K, g G), т . е . пространствоF является пространством представления ρ для подгруппы K;
3.пространство F инвариантно по отношению к правым сдвигам,т.е.если |
f (g) |
|
F , то f (g g0) F . |
|
|
Зададим оператор Tg0 в F формулой |
|
|
|
Tg0 f(g) = f (g g0) , g0 G |
(3.7.1) indrep |
Тогда соответствие g → Tg есть представление.Действительно |
|
|
Tg1 Tg2 f (g) = Tg1 f (g g2) = f (g g1 g2) = Tg1 g2 f(g) , |
|
|
т.к.в силу3.)новая функция |
f ′(g) = f (g g2) F и,следовательно, |
|
Tg1 f ′(g) = f ′(g g1) = f (g g1 g2) .
Определенное формулой(3.7.1)представление g → Tg группы G называется индуцированным представлением при помощи представления k → ρ(k) подгруппы
K.
2.Применение метода индуцированных представлений к группе SL(N, C).
В качестве группы G (из предыдущего раздела1.)выберем группу G = SL(N, C) и рассмотрим ее подгруппу K, состоящую и всех элементов k SL(N, C) вида
k11
0 k = 0
...
0
k12 |
k13 . . . |
||
k22 |
k23 . . . |
||
0 |
k33 . . . |
||
. |
. . |
. |
|
. |
. |
. |
|
. |
. |
|
|
0 |
0 . . . |
||
k1N k2N
k3.N
.
.
kNN
.
138
В качестве представления ρ подгруппы K выберем одномерное представление, задаваемое непрерывной комплекснозначной функцией α(k) на K так,что
α(I) = 1 , |
(3.7.2) |
naim1 |
|
α(k1k2) = α(k1)α(k2) . |
(3.7.3) |
naim2 |
|
Тогда условие2из предыдущего .п2перепишется в виде |
|
|
|
f (k g) = α(k) f (g) . |
(3.7.4) |
naim3 |
|
Т.о.,в рассматриваемом случае пространство F состоит из числовых(т.к. L – |
|
||
одномерно)комплекснозначных функций |
f (g), удовлетворяющим условиям1.), |
|
|
2.)и3.)из предыдущего .п2. |
|
|
|
Пользуясь условиями(3.7.2)и(3.7.3),нетрудно показать,что |
α(k) зависит |
|
|
только от диагональных элементов kii (i = 1, . . . , N), один из которых можно |
|
||
исключить согласно условию det(k) = 1. Действительно, т . к . представлениеρ од- |
|
||
номерно,то α(k)α(k1) = α(k1)α(k) и,следовательно, α(k1−1kk1) = α(k) ( k1 K). |
|
||
Т.о., α(k) является функцией классов сопряженности группы K и зависит только |
|
||
от спектра верхнетреугольной матрицы k, т . е . от ее диагональных элементов. |
|
||
Далее,в силу соотношения(3.7.3)мы имеем |
|
|
|
α(k11, k22, . . . , kNN ) = α(k11, 1, . . . , 1) · α(1, k22, 1, . . . , 1) · · ·α(1, . . . , 1, kNN ) , |
|
||
т.е. α(k11, . . . , kNN ) является мультипликативной функцией своих аргументов и |
|
||
потому |
|
|
|
α(k11, . . . , kNN ) = |k22|m2+σ2 k22−m2 . . . |kNN |mN +σN kN−mNN = |
(3.7.5) |
naim4 |
|
= |k22|σ2 ···|kNN |σN exp |
N |
||
*−i j=2 mj arg(kjj)+ . |
|
||
|
' |
|
|
где мы учли равенство k11 = (k22 · · ·kNN )−1 (в силу условия det(k) = 1) и , как мы |
|
||
увидим ниже, mj – целые , а σj – комплексные числа. |
|
|
|
Оказывается,что описанная конст рукция представления для подгруппы K |
|
||
SL(N, C) приводит к неприводимым бесконечномерным индуцированным пред- |
|
||
ставлениям(3.7.1)группы G = SL(N, C). Более того, данная конструкция инду- |
|
||
цированных представлений является по существу естественным перенесением на |
|
||
случай бесконечномерных представлений метода старших весов Картана-Вейля в |
|
||
теории конечномерных представлений.Де |
йствительно,для вектора старшего веса |
|
|
139
v0 данного конечномерного представления Tg′ группы SL(N, C) и элемента k K мы имеем
Tkv0 = α(k) v0 ,
где α(k) удовлетворяет условиям(3.7.2), (3.7.3)и определяет старший вес представления Tg′.
3.Треугольное разложение элементов группы SL(N, C).
Обозначим через Z совокупность всех нижних треугольных матриц z с единицами
на диагонали |
z21 |
1 |
0 |
. . . |
0 |
|
|
|
|||||||
|
1 |
0 |
0 |
. . . |
0 |
. |
|
z = |
z31 |
z32 |
1 |
. . . 0 |
|||
|
. . |
. |
. |
. |
|
||
|
.. .. |
.. |
|
. . .. |
|
||
|
|
|
zN3 |
. . . 1 |
|
||
|
zN1 zN2 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нетрудно убедиться в том,что Z – подгруппа в SL(N, C). Имеет место следующее утверждение:
Теорема. Почти любую матрицу g из SL(N, C) можно однозначно представить в виде произведения двух треугольных матриц
g = k z , k K , z Z . |
(3.7.6) naim5 |
Смысл слова"почти"мы уточним ниже.
Доказательство. Рассмотрим систему N(N + 1)/2 линейных уравнений k′ g Z:
N |
|
q) |
(3.7.7) naim6 |
kpq′ gqr = δpr (p ≤ r) , |
|
=p |
|
относительно N(N+1)/2 элементов матрицы k′ K, где g фиксированный элемент группы SL(N, C). Эти уравнения можно записать явно как
*+
(kpp′ , kpp′ |
+1, . . . , kpN′ |
) |
p |
p + 1 |
. . . |
N |
= (1, 0, . . . , 0) , |
(3.7.8) naim7 |
||
p |
p + 1 |
. . . |
N |
|||||||
|
|
|
|
|
||||||
где символом |
|
* q1 |
q2 |
. . . qm |
+ |
|
|
|||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
p1 |
p2 . . . |
pm |
|
|
|||
p1 < p2 < · · · < pm , q1 < q2 < · · · < qm
обозначен минор составленный из элементов матрицы g, которые стоят на пересечении строк с номерами (p1, p2, . . . , pm) и столбцов с номерами (q1, q2, . . . , qm). Уравнения(3.7.8)могут быть решены,если соответствующие определители
*+
det |
p |
p + 1 . . . |
N |
̸= 0 (p = 1, . . . , N) . |
p |
p + 1 . . . |
N |
140
