Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Group_theory_lecture

.pdf
Скачиваний:
157
Добавлен:
03.06.2015
Размер:
2 Мб
Скачать
☆

где мы использовали4матрицы

σm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

σ0 =

1 0

,

σ1 =

0 1

 

, σ2 =

0

−i

, σ3 =

 

1

0

, (3.9.4)

sigm

 

0 1

 

 

1 0

 

 

 

 

 

 

i

 

0

 

 

0 −1

 

 

которые образуют базис в пространстве эрмитовых 2 × 2 матриц.Соответствие

 

xm ↔ X взаимно однозначно,т.к.имеется обратная формула

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xm =

1

Tr(Xσm) ,

 

 

 

 

(3.9.5)

xX

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

которая следует из равенства 21 Tr(σnσm) = δnm. Отметим однако, что эта формула

 

не совсем корректна, .к.связывает

объекты с нижним и верхним лоренцевским

 

индексами.Эта кажущаяся неточность буд

 

ет разрешена в следующем подпункте

 

"Спиноры".

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим линейное преобразование матрицы X, оставляющее ее эрмитовой:

 

 

 

 

˜

 

 

†

= x˜

m

σm

( A SL(2, C)) .

 

(3.9.6)

prelo2

 

 

X → X = A X A

 

 

 

Заметим,что это преобразование сохраняет детерминант матрицы

X:

 

 

 

 

˜

 

 

†

 

 

 

 

 

 

2

det(X) = det(X) .

 

 

 

 

 

det(X) = det(A X A ) = | det(A)|

 

 

 

 

Т.к. det(X) =

(x0)2 − (x1)2 − (x2)2 − (x3)2 =

 

xmxm, то линейное преобразова-

 

ние xm → x˜m (3.9.6)сохраняет длины интервал ов в пространстве Минковского

 

(xmxm = x˜mx˜m),и следовательно является преобразованием Лоренца.

 

 

Отметим,что две матрицы ±A обслуживают одно и то же преобразование -Ло

 

ренца,т.е.группа SL(2, C) дважды накрывает группу Лоренца.Отметим также,

 

что у группы SL(2, C) имеется3комплексных параметра( .е. 6вещественных па-

 

раметров)и т.о.размерности многообразий групп Лоренца и

SL(2, C) совпадают.

 

Спиноры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Группа матриц SL(2, C) естественно действует в пространстве двухкомпонентных

 

 

 

ξ1

+, которые представляют собой пару комплексных чисел ξ1 и

 

векторов ξ = * ξ2

 

ξ2. Такое действие имеет вид

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ξ → ξ′

= Aξ , ξ

 

 

α′ = Aαβξβ .

 

 

 

(3.9.7)

spin1

Вектора ξ в двумерном комплексном пространстве C2 с действием на них группы SL(2, C) (3.9.7)называются ковариантными спинорами (или просто спинорами).

151

Т.о.,пространство ковариантных спиноро в является пространством определяющего представления группы SL(2, C).

Определим спинор с верхним индексом ηα и его преобразование так, чтобы свертка ηαξα была инвариантна при преобразованиях(3.9.7).Соответствующее преобразование спинора ηα имеет вид

 

 

 

η → η′ = ηA−1 = (A−1)T η , η ′α = ηβ(A−1)βα .

(3.9.8)

spin2

Спинор,который преобразуется по правилу(3

.9.8)будем называть контрвариантным .

Заметим теперь,что матрицы A SL(2, C) (3.9.1)и (A−1)T (3.9.2)связаны между

 

собой преобразованиями

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(A−1)T = E A E−1

((A−1)T )αβ ≡ (A−1)βα = Eαγ Aγδ Eδβ ,

(3.9.9)

aat

E

αβ

≡ *

1

1

=

0

1

+ , E

αβ

 

α

(3.9.10)

metr

 

01 0 + ,

Eαβ ≡ Eαβ−

* 1

−0

 

Eβγ = δγ .

 

 

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для простоты мы будем опускать знак степени"

−1"у элементов обратной матри-

 

цы Eαβ ≡ Eαβ−1 с нижними индексами( также как и у метрики

gnm).На самом деле

 

соотношение(3.9.9)есть не что иное как условие

det(A) = 1:

 

 

 

 

 

 

 

EγδAγαAδβ = Eαβ .

 

 

 

 

 

В силу соотношения(3.9.7), (3.9 .8),

(3.9.9)мы видим,что спиноры

ηα и ξα

 

преобразуются по эквивалентным представлениям группы SL(2, C), т . е . мы всегда

 

спинор с верхним индексом можем перевести в спинор с нижним индексом(

 

наоборот)воспользовавшись матрицами

E, E−1:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ηα = −ηβEβα = Eαβηβ ,

ξ α = Eαβξβ = −ξβEβα .

(3.9.11)

metr1

Действительно легко проверить(см. (3.9.8)),что

ηα = −ηβEβα −→ −ηγ (A−1)γβEβα = ηδEδγ(A−1)γβEβα = Aαδηδ ,

при этом билинейная кососимметричная форма

ηα ξα = ηαEαβξβ = −ηαEαβξβ = −ηα ξα

остается инвариантной при преобразованиях группы SL(2, C).

Каждой матрице A SL(2, C) можно сопоставить комплексно сопряженную матрицу A SL(2, C) с помощью которой, как следует из(3.9.7), преобразуется комплексно сопряженный спинор ξα

ξ → ξ ′ = A ξ , ξ α′ = A αβξ β ,

(3.9.12) spin3

152

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

β

A 11 A 12

,

 

1

2

 

2

 

 

 

1

(3.9.13)

 

A α

= A 21

A 22

A

1 A 2

− A 1

A 2 = 1 .

uni4

Отображение SL(2, C) → SL(2, C): A → ρ(A) = A очевидно является гомо-

 

морфизмом и,т.о.,отображение

ρ определяет представление SL(2, C), которое

 

называется комплексно сопряженным.До

кажем,что это комплексно сопряжен-

 

ное представление не является эквивалентным спинорному представлению(3.9.7).

 

Для этого надо показать,что для всех матриц

A (3.9.1)и их комплексно сопря-

 

женных матриц A (3.9.13)не существует матрицы

 

V такой,что

A = V A V −1.

 

Действительно,если бы такая матрица

 

V существовала,то мы всегда имели бы

 

равенство Tr(A) = Tr(A ), что в действительности реализуется не для всех мат-

 

риц A SL(2, C). Отметим , что для унитарных матриц U (3.4.1)мы очевидно

 

имеем Tr(U) = Tr(U ), и т . кU. = (U−1)T , то для группы SU(2) определяющее и

 

комплексносопряженные представления эквивалентны.

 

 

 

 

 

 

В вычислениях удобно индексы у сопряженного представления отличать от -ин

 

дексов у обычного спинорного представления(дабы не было соблазна их свернуть

 

друг с другом),поэтому индексы сопряже

нного представления отмечаются точ-

 

кой.Например,для комплексно сопряженного спинора

 

ξα

 

≡ ξα˙ формулы(3.9.12)

 

и (3.9.13)переписываются в виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

˙

 

 

 

 

 

˙

 

 

 

 

ξ → ξ ′ = A ξ ,

 

ξα′˙

 

 

 

= ξβ˙ A†

β

α˙ ,

(3.9.14)

spin5

 

 

= A α˙βξβ˙

 

 

 

 

 

 

 

˙

 

˙

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A α˙β˙ =

A

1

A

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1˙1˙

1˙2˙

.

 

 

 

 

 

(3.9.15)

uni5

 

 

 

 

A

2˙

A

2˙

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контравариантные сопряженные спиноры имеют верхний пунктирный индекс

 

и преобразуются по правилу

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ξα˙

→

ξ′

α˙

 

˙

 

 

 

α˙

,

 

 

 

 

 

 

 

 

= ξβ(A )−1β˙

 

 

 

 

 

 

 

а метрические матрицы имеют такой же вид как и(3в.9.10), (3.9.11)

 

 

 

ηα˙

 

˙

˙

 

ξ α˙

 

˙

 

 

˙

 

(3.9.16)

metr2

 

 

 

= −ηβEβα˙ ˙

= Eα˙ β˙ ηβ ,

 

= Eα˙ βξβ˙

= −ξβ˙ Eβα˙ .

E

 

≡ *

1

0

+ , Eα˙ β˙

≡ Eα−˙ β˙ =

*

1

−0

+ ,

E

˙

Eβγ˙ ˙

= δγ˙ .

(3.9.17)

metr3

αβ

α˙ β

 

 

0

1

 

1

 

0

1

 

 

 

α˙

 

 

 

 

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим теперь матрицу X (3.9.3).В силу закона преобразования(3.9.6)

 

и формул(3.9.7), (3.9.14)элементы матрицы

X необходимо обозначать X ˙ . Т . к .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

αβ

 

матрица X построена из матриц σm, то элементы этих матриц также необходимо

153

обозначать как (σm) ˙ . Теперь ясно, почему формула(3.9.5) некорректна– две

 

 

 

αβ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

матрицы (σm) ˙ невозможно умножить друг на друга напрямую ковариантным

 

αβ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

образом.Для того,чтобы умножать σ-матрицы ковариантно введем набор сопря-

 

женных σ-матриц

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

˙

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

σ˜mαα˙

= Eα˙ βEαβ(σm)ββ˙

,

 

 

 

 

(3.9.18)

sopsi

σ˜m = (σ0, −σ1, −σ2, −σ3) , σ˜m = σ˜ngnm = (σ0, σ1, σ2, σ3) .

 

 

Вводя соответствующую матрицу Xαα˙ =

 

 

˙

 

αβX ˙

 

 

 

 

 

α˙ β

 

 

 

 

 

риантные произведения

 

 

=

=

E

 

 

E

ββ, мы можем устраивать кова-

 

 

 

m

 

αα˙

=

 

 

 

 

αα˙

 

 

m

 

 

(3.9.19)

XtX

 

 

 

 

 

X

 

Xαα˙ = Xαα˙

X

 

 

= xm x .

 

 

 

 

Теперь соответствие x

↔ X (3.9.5)записывается корректной формулой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xm =

1

Tr(Xσ˜m) ,

 

 

(3.9.20)

xXX

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

в обоих частях которой стоят объекты с верхними векторными индексами. Поль -

 

зуясь формулой(3.9.20),преобразование(3.9.6)можно переписать в виде стан-

 

 

дартного преобразования Лоренца(3.8.7)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x˜m =

1

Tr(X˜ σ˜m) =

1

Tr(AxnσnA†σ˜m) = xn(Λ−1)m ,

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Λ−1)nm =

 

1

Tr(AσnA†σ˜m) .

 

 

(3.9.21)

LA

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Симметричные(по векторным индексам)комбинации матриц

σm (3.9.4)и σ˜m

 

(3.9.18)удовлетворяют соотношениям

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(σmσ˜n + σnσ˜m)αβ = 2 gnm δαβ ,

 

(˜σmσn + σ˜nσm)α˙ ˙ = 2 gnm δα˙˙

,

(3.9.22)

ssg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

β

β

 

 

 

и мы имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tr(σnσ˜m) = 2 gnm ,

Tr(˜σmσnσ˜kσl) = 2(gnmgkl − gnlgkm + gnkglm) ,

(3.9.23)

mnkl

где первое тождество очевидно,а второе доказывается стандартно

 

 

 

Tr(˜σmσnσ˜kσl) = Tr(σnσ˜kσlσ˜m) = Tr(σnσ˜k(2glm − σmσ˜l)) =

 

(3.9.24)

proo

= 4gnkglm − Tr(σn(2gkm − σ˜mσk)˜σl) = 4gnkglm − 4gnlgkm + 4gnmgkl − Tr(σmσ˜nσkσ˜l) .

 

Введем матрицы σnm и σ˜nm антисимметричные по векторным индексам n, m

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

(3.9.25)

 

(σnm)αβ = −

 

(σnσ˜m − σmσ˜n)αβ ,

 

(˜σnm)α˙β˙

= −

 

(˜σnσm

− σ˜mσn)α˙β˙ .

snm2

4

 

4

154

Эти матрицы обладают свойством симметрии

(σnm)αβEβγ = (σnm)γβEβα ,

Eα˙ γ˙ (˜σnm)γ˙ β˙ = Eβγ˙ ˙ (˜σnm)γ˙ α˙ .

(3.9.26)

Заметим,что (i, j, k = 1, 2, 3)

 

 

 

 

 

 

 

σ0i =

1

σi ,

σij =

1

Eijk

σk

 

 

 

 

2

2

 

где Eijk – антисимметричный тензор3его ранга.Пусть параметры ωnm = −ωmn R образуют атисимметричную 4 × 4 матрицу,тогда

(ωnmσnm)αβ = (ω0iσi + 2i Eijkωjkσi)αβ = (ziσi)αβ ,

где мы определили3комплексных числа

 

 

 

 

i

(3.9.27)

zi = ω0i +

 

Eijkωjk .

2

по6-и вещественным параметрам ωnm = −ωmn. Т . к . матрицыσi (i = 1, 2, 3) образуют базис в алгебре Ли для группы SL(2, C) (напомним,что алгебру Ли группы SL(2, C) образуют все двумерные комплексные матрицы a такие,что T r(a) = 0), то мы можем записать инфинитезимальное преобразования A, A† SL(2, C) в виде

snm3

zo

 

1

 

1

 

(3.9.28)

Aαβ = δαβ −

 

 

(ωnmσnm)αβ + . . . ,

(A†)α˙β˙ = δα˙β˙ +

 

(ωnmσ˜nm)α˙β˙ + . . . .

2

2

Подставляя это представление(3в.9.21),мы получаем

 

(Λ−1)nm =

1

 

Tr(AσnA†σ˜m) = δnm −

1

[Tr(σklσnσ˜m) − Tr(σnσ˜klσ˜m)] ωkl + . . . =

 

 

 

 

 

 

2

4

= δnm +

1

[Tr(σkσ˜lσnσ˜m) − Tr(σnσ˜kσlσ˜m)] ωkl + . . . = δnm − gnkωkm + . . . ,

 

8

где мы использовали тождества(3.9.23)

 

 

. Сравнивая это соотношение с инфините-

зимальным преобразованием Лоренца(3.8.13),мы устанавливаем точное соответ-

ствие элементов группы SL(2, C) и элементов собственной ортохронной группы Лоренца:

± (1 +

1

ωnmσnm + . . .)αβ = ±Aαβ −→ Λnm = (δnm + ωnm + . . .) ,

(3.9.29)

2

где ωnm = gnkωkm.

SLor1

SLor

Замечание. Почти все элементы A SL(2, C) представимы в экспоненциальной форме

A = exp(ziσi) (z1, z2, z3 C) ,

(3.9.30) exp5

155

где σi – матрицы Паули. Экспоненциальная форма(3.9.30) покрывает

SL(2, C)

почти полностью за исключением комплексной двумерной поверхности в SL(2, C),

состоящей из элементов[21]

+ = B * −0

 

+ B−

 

 

 

* − −b2

1 + ab

1

 

, B SL(2, C) .

(3.9.31) exp6

1 ab

a2

1

1

 

1

 

 

−

−

 

−

 

 

 

 

Это следует из того факта,что матрица(3

.9.31)недиагонализуема и имеет два

совпадающих собственных значения,равных

−1, а матрица ziσi либо диагонали-

зуема,либо,т.к. Tr(ziσi) = 0, приводится к виду

σi) → *

 

 

+ .

z

σi → *

0

0

+ A = exp(z

0

1

i

 

0

u

 

i

 

1

eu

 

Заметим,что если A SL(2, C), то либо A либо −A имеют экспоненциальную

форму(3.9.30).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Матрицы Дирака.Дираковские спино

ры,биспиноры.Майорановские и

вейлевские спиноры.

 

 

 

 

 

 

 

 

Составим из двух спиноров ξα и ηα˙ (= ηα ) (α, α˙ = 1, 2) четырехкомпонентный

спинор

 

 

 

.

 

Ψ =

ξα

(3.9.32)

η

α˙

 

 

 

 

 

Такой спинор называется дираковским спинором. На такой спинор естественным образом(согласно расстановк е спинорных индексов) действуют 4 ×4 матрицы γm, имеющие блочную структуру

*+

γm =

0

σm

(3.9.33)

σ˜m

0

 

 

Эти матрицы называются дираковскими гамма-матрицами и удовлетворяют определяющему соотношению алгебры Клиффорда:

dirspin

dirg

γmγn + γnγm = 2 gmn ,

 

 

 

 

 

(3.9.34)

clcl

Согласно(3.9.28), (3.9.29)преобразова

ния Лоренца действуют на дираковский спи-

 

нор следующим образом

 

 

 

 

* 0 σ˜nm +

 

2ω

 

 

 

Ψ → *0 (A−1)†+ Ψ ≡ U Ψ δΨ = 2

ω

 

Ψ =

 

Σnm Ψ ,

 

A 0

1

 

nm

σnm

0

 

1

 

nm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.9.35)

SLor2

где Σnm = −41 (γnγm − γmγn).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

156

Контрвариантный (3к .9.32)дираковский спинор имеет вид

 

 

 

 

 

 

 

= (ηα , ξα˙ )

(3.9.36)

dirspin1

 

 

 

Ψ

и как следует из(3.9.32) (3.9.33)мы имеем

 

= Ψ †γ0, так что

 

(3.9.36) –обычный

 

Ψ

Ψ

 

дираковский сопряженный спинор к Ψ. Инвариантная, относительно преобразо-

 

ваний(3.9.35),форма имеет вид

 

 

 

(

 

Ψ) = ηα ξα + ξα˙ ηα˙ = Ψ†γ0Ψ .

(3.9.37)

invfo

Ψ

Т.е.преобразование(3.9.35)является у нитарным относительно метрики,реализованной матрицей γ0,

U† γ0 U = γ0 U Spin(1, 3) SU(2, 2) ,

и матрицы Σnm – образующие группы Spin(1, 3), о которой мы будем говорить в следующей Лекции.

Введем в рассмотрение еще одну гамма-матрицу

 

*

 

 

+

 

 

 

 

 

 

γ5 = −iγ0γ1γ2γ3 =

Iαβ

 

0

 

2

 

 

 

(3.9.38)

dirg5

0

 

−Iα˙β˙

,

γ5 = I4 ,

γ5γm + γmγ5 = 0 ,

где I обозначает (2 × 2) единичную матрицу,

I4 – (4 × 4) единичную матрицу.

 

Используя матрицу γ5 мы можем определить2проектора

 

 

 

PL =

1

(I4 + γ5) ,

PR =

1

(I4

− γ5) .

(3.9.39)

prLR

 

 

 

 

2

2

которые удовлетворяют соотношениям

PL PR = PR PL = 0 , PL2 = PL , PR2 = PR

Действие проекторов PR, PL на дираковский спинор расщепляет его на два дираковских спинора

ΨL = PLΨ =

 

ξα

 

,

ΨR = PRΨ =

 

0α˙

 

,

(3.9.40) weil

 

 

0

 

 

 

 

η

 

 

 

которые преобразуются при преобразованиях Лоренца как и обычный дираковский спинор(3.9.35),что следует из соотношений [Σmn, γ5] = 0, [Σmn, PR,L] = 0. Спиноры(3.9.40)являются дираковской ф ормой двухкомпонентных вейлевских спиноров ξα, ηα˙ и часто сами спиноры ΨL,R называются вейлевскими.

157

Кроме дираковски сопряженного спинора Ψ (3.9.36)можно определить еще одно преобразование над Ψ, которое приводит к определению ковариантного спинора,преобразующегося как(3.9.35)

 

 

T

 

 

ηα

 

 

C =

E

αβ

 

0

.

(3.9.41)

ΨC = C γ0 Ψ = C Ψ

=

,

 

 

ξ

α˙

 

E

α˙ β˙

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

Этот спинор называется зарядово сопряженным к спинору Ψ.

 

Рассмотрим дираковский спинор(3.9.32)в частном случае,когда

ξα = ηα. Оче -

видно,что такой4-х компонентный спинор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ηα

 

 

 

 

 

(3.9.42)

 

 

 

 

ΨM =

ηα˙

,

 

 

 

 

 

преобразуется как дираковский спинор(3.9.35).Спинор

 

 

ΨM называется майора-

новским.Замечательным свойством майора новского спинора(3.9.42)является то,

что он удовлетворяет тождеству

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ΨM = C γ0 ΨM = ( ΨM ) ,

т.е.майорановский спинор ΨM равен своему зарядово сопряженному спинору.

Заметим,что вейлевские спиноры(3.9

.40)могут совпадать с майорановскими

(3.9.42)только если они нулевые.Этот

факт будет отмечен ниже в лекции о много-

мерных спинорах,где будет показано,что

ненулевые майорано-вейлевские спино-

ры могут быть определены только в пространствах с размерностью D = 2 mod(8).

Дополнение.Твисторы.

 

 

 

 

 

и его комплексносопряженный спинор

 

Рассмотрим комплексный спинор

 

 

a

a˙

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

(a = 1, 2, 3, 4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λα

 

 

¯

 

 

 

Za =

, Za˙

=

λα˙

,

(3.9.43)

 

 

µ

 

 

 

 

 

µ¯

 

 

 

 

которые образуют определяющее 11 и сопряженное к нему представления группы

SU(2, 2):

′

b

 

 

 

′

˙

 

 

¯

 

→ Z

¯ b

 

Za → Za

= Aa

Zb , Za˙

a˙

= Aa˙

Zb˙

(A SU(2, 2) , A = A ) .

 

 

 

11Следует различать определяющее(стандартно

е)и фундаметальное представления.Пред-

ставление группы(или алгебры)Ли называется фундаментальным,если оно неприводимо и его

старший вес является фундаментальным весом.Фундаментальные веса

ω1, ω2, . . . ,ω n, это веса

которые определяют базис Λ дуальный к набору простых кокорней Hα1 , . . . , Hαn . Например, фундаментальными представлениями специальной линейной группы SL(N ) являются внешние степени стандартного представления.

charge

major1

twistor

158

Контрвариантный спинор ¯a преобразуется по правилу

Z

¯a

¯′

a

¯b

−1

a

Z

→ (Z )

 

= Z

(A

)b .

Этот спинор имеет вид

¯a

α

¯

¯a

 

g

aa˙

.

Z

= (¯µ

, −λα˙

) , Z

= Za˙

 

и строится из Za˙ (3.9.43)с помощью инвариантной,относительно преобразований SU(2, 2), метрики gaa˙

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gaa˙ =

 

0 −δβ˙α˙

 

, A¯ b˙ gaa˙

A b = gbb˙ .

 

 

 

 

δαβ

0

 

 

a˙

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т.о.инвариантная форма(ср.с(3.9.37))для спиноров

 

 

 

¯a

, Za равна

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

¯a

Za) = µ¯

α

¯

α˙

.

 

 

 

 

(3.9.44)

spns

 

 

 

(Z

 

λα − λα˙ µ

 

 

 

 

 

 

¯a

удовлетворяют каноническим SU(2, 2)- инвариантным

 

Пусть спиноры Za и Z

 

коммутационным соотношениям

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[Z

, Zb] = i δb

[¯µ

 

, λβ] = i δβ ,

 

[µ

 

, λβ˙

] = i δβ˙ .

(3.9.45)

comzz

¯a

 

a

 

 

α

 

 

α

 

 

α˙

¯

 

α˙

 

 

Тогда генераторы алгебры Ли группы SU(2, 2) SO(2, 4) можно реализовать, как квадратичные комбинации осцилляторов (3.9.45),следующим образом(ср.с (3.6.14))

¯

 

αα˙

 

α˙

 

α

 

 

 

 

 

¯

 

 

¯

 

 

 

1

 

α

 

α˙

¯

 

Pαα˙ = λαλα˙

, K

 

= µ

 

µ¯

 

, Mαβ = λ(α µ¯β) , Mα˙ β˙

= µ(α˙ λβ˙)

, D =

2

(λαµ¯

 

+ µ

 

λα˙ ) .

gsu22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.9.46)

Следует ли отсюда равенство KmKm = 0????

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим релятивистскую безмассовую частицу,состояние которой описы-

 

 

вается точкой в фазовом пространстве с координатами {xm, pm} (двигающуюся в

 

пространстве M с 4- мя координатами xm и 4- импульсом pm, pmpm = 0).Фунда-

 

ментальное представление Za (3.9.43)группы SU(2, 2) называется твистором,если

 

имеется следующая связь между спинорами(3.9.43)и координатами

 

{xm, pm}

 

 

 

 

 

 

 

 

¯

 

α˙

 

αβ˙

 

 

 

α

¯

 

˙

 

 

 

 

(3.9.47)

 

 

 

 

 

 

 

 

µ

= X

λβ

,

µ¯

 

βα

,

 

 

 

twtr

 

 

 

Pαα˙ = λαλα˙ ,

 

 

 

= λβ˙ X

 

 

 

 

где мы определили

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= xm σ/mαα˙ .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pαα˙ = pm σαmα˙ ,

Xαα˙

 

 

 

 

 

 

(3.9.48)

mXP

159

Связь(3.9.47)называется твисторным преобразованием . Учитывая уравнения(3.9.47)

и (3.9.48),мы можем переписать образ ующие(3.9.46)в терминах координат

{xm, pm}

P = P = pmσm , D = 21 (pmxk + xkpm) Tr(σmσ/k) = (p x) + (x p) ,

 

K+ 4ih¯ X = xmpnxkσ/mσnσ/k + 4ih¯ X = xm(xkpn − ih¯δnk)σ/mσnσ/k + 4ih¯ X =

=12 xmxkpn(σ/mσnσ/k + σ/kσnσ/m) = 12 xmxkpn((2gmn − σ/nσm)σ/k + (2gkn − σ/nσk)σ/m) =

=12 xmxkpn(2gmnσ/k + 2gknσ/m − 2gmkσ/n) = (2 xn (x p) − (x2) pn) σ/n ,

 

˙

 

 

 

˙

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)αβ + (σmσk

)βα] =

Mαβ = Pαβ˙ XβγEγβ

+ Pββ˙ Xβγ Eγα = pmxk[(σmσk

= 2pmxk[(σmk

E

)αβ + (σmk

E

)βα] = 2 (pkxm/

Epmxk) (σmk/)αEγ

γβ ,

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

 

E

 

 

¯

 

γβ˙

 

 

 

γβ˙

 

 

 

 

 

 

k

m

 

m k

) Eα˙ γ˙ (σ/mk)

γ˙

 

Mα˙ β˙ =

Eα˙ γ˙ X

 

Pββ˙ + Eβγ˙ ˙ X

 

 

 

Pβα˙

= 2 (x p

 

 

− x p

β˙ ,n

n

где мы воспользовались сотношениями(3.9.22), (3.9.25), (3.9.26),

[xm, p

] = ih¯δm.

Т.о.,действительно алгебра(3.9.46)связана с конформной алгеброй

 

so(2, 4) (см.

(3.8.14), (3.8.17)).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В заключении отметим, что инвариант

 

¯a

Za) (3.9.44)связан со спиральностью

(Z

безмассовой частицы, .к.

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wαα˙ =

 

¯a

Za) Pαα˙

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

(Z

 

 

 

 

 

где матрица Wαα˙

= W m (σm)αα˙ и Wm – координаты вектора ПаулиЛюбанского

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

ˆ nk ˆr

 

 

 

 

 

 

(3.9.49) plub

 

 

 

 

 

Wm =

 

2

EmnkrM P

 

 

.

 

 

 

 

Упражнения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Доказать,что операторы

σnm образуют алгебру Ли

 

 

 

 

[σnm, σkl] = −gnlσmk + gnkσml − gmkσnl + gmlσnk ,

которая совпадает с алгеброй Ли группы Лоренца(3.8.15).

2.Доказать,что для D = 4 матриц γm (3.9.33),образующих алгебру Клифорда (3.9.34),выполняются тождества(указание,см. (3.9.24))

Tr(γmγn) = 4gmn , Tr(γmγnγk) = 0 , Tr(γmγnγkγl) = 4(gmngkl − gmkgnl + gmlgnk) .

3.Доказать,что если матрица X = xmσm (3.9.3)представима в виде

 

Xαα˙ = ξαξα˙ , X† = X ,

(3.9.50) twist

то соответствующий4-вектор с координатами {xm} лежит на световом конусе xmxm = 0. Найти явное выражения для компонент xm через компоненты спиноров ξα и ξα˙ и доказать формулу xm = ξα˙ (˜σm)αα˙ ξα.

160

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]