Jump to content

Гамма-матрицы более высокой размерности

(Перенаправлено из группы «Гамма» )

В математической физике многомерные гамма-матрицы до произвольного измерения четырехмерные гамма-матрицы Дирака обобщают , которые являются основой релятивистской квантовой механики. Они используются в релятивистски-инвариантных волновых уравнениях для фермионов (таких как спиноры) в произвольных измерениях пространства-времени, особенно в теории струн и супергравитации. Матрицы Вейля – Брауэра обеспечивают явную конструкцию гамма-матриц более высокой размерности для спиноров Вейля . Гамма-матрицы также появляются в общих условиях римановой геометрии , особенно когда спиновую структуру можно определить .

Введение

[ редактировать ]

Рассмотрим пространство-время размерности d с плоской метрикой Минковского ,

с положительные записи, отрицательные записи, и а , б знак равно 0, 1, ..., d - 1 . Установите N = 2 1 / 2 d . Стандартные матрицы Дирака соответствуют взятию d = N = 4 и p , q = 1, 3 или 3, 1 .

В высших (и низших) измерениях можно определить группу , гамма-группу , ведущую себя так же, как матрицы Дирака. [1] Точнее, если выбрать базис для (комплексифицированной) алгебры Клиффорда , то гамма-группа, порожденная изоморфна , подгруппе мультипликативной порожденной базисными элементами (игнорируя аддитивный аспект алгебры Клиффорда).

По соглашению гамма-группа реализуется как набор матриц, гамма-матриц, хотя определение группы этого не требует. В частности, многие важные свойства, включая симметрии C , P и T, не требуют конкретного матричного представления, и можно получить более четкое определение киральности . таким образом [1] Возможны несколько матричных представлений, некоторые из которых приведены ниже, а другие — в статье о матрицах Вейля – Брауэра . В матричном представлении спиноры имеют вид -мерный, с гамма-матрицами, действующими на спиноры. Подробная конструкция спиноров приведена в статье об алгебре Клиффорда . Йост предоставляет стандартный справочник по спинорам в общих рамках риммановой геометрии. [2]

Группа Гамма

[ редактировать ]

Большинство свойств гамма-матриц можно описать группой , гамма -группой . Эту группу можно определить без ссылки на действительные числа, комплексные числа или даже без прямого обращения к алгебре Клиффорда . [1] Затем матричные представления этой группы дают конкретную реализацию, которую можно использовать для определения действия гамма -матриц на спиноры . Для размеров, матричные продукты ведут себя так же, как обычные матрицы Дирака . Группа Паули представляет собой гамма-группу для хотя группа Паули имеет больше связей ( менее свободна ); пример см. в примечании о киральном элементе ниже. Кватернионы обеспечивают представление

Презентация » группы «Гамма заключается в следующем.

  • обозначается Нейтральный элемент как .
  • Элемент с является заменой комплексного числа ; он коммутирует со всеми другими элементами ,
  • Есть коллекция генераторов. индексируется с
  • Остальные генераторы подчиняться
  • Антикоммутатор определяется как для

Эти генераторы полностью определяют гамма-группу. Можно показать, что для всех что и так Каждый элемент можно однозначно записать как произведение конечного числа образующих, расположенных в каноническом порядке, как

с индексами в порядке возрастания

и Гамма-группа конечна и имеет не более элементы в нем.

Гамма-группа является 2-группой , но не регулярной p-группой . Коммутантная подгруппа (производная подгруппа) — это следовательно, это не мощная p-группа . Вообще 2-группы имеют большое количество инволюций ; гамма-группа делает то же самое. Ниже выделены три конкретных, так как они имеют определенную интерпретацию в контексте алгебр Клиффорда , в контексте представлений гамма-группы (где транспонирование и эрмитово сопряжение буквально соответствуют этим действиям над матрицами) и в физике . где «основная инволюция» соответствует комбинированной P-симметрии и T-симметрии .

Транспонирование

[ редактировать ]

Данные элементы порождающего набора гамма-группы, транспонирование или обращение определяется выражением

Если есть элементы все четко, тогда

Эрмитово сопряжение

[ редактировать ]

Другой автоморфизм гамма-группы задается сопряжением, определяемым на образующих как

дополнено и Для общих элементов в группе применяется транспонирование: Из свойств транспонирования следует, что для всех элементов это либо или что то есть все элементы либо эрмитовы, либо унитарные.

Если интерпретировать измерения как «времяподобные», а измерения как «космические», то это соответствует P-симметрии в физике. То, что это «правильная» идентификация, следует из обычных матриц Дирака, где связано со временемподобным направлением, а пространственные направления с «традиционной» (+---) метрикой. Другие метрики и варианты представления предполагают другие интерпретации.

Основная инволюция

[ редактировать ]

Основная инволюция — это карта, которая «переворачивает» генераторы: но уходит один: Эта карта соответствует комбинированной P-симметрии и T-симметрии в физике; все направления поменялись местами.

Хиральный элемент

[ редактировать ]

Дайте определение киральному элементу как

где . Киральный элемент коммутирует с генераторами как

Это соответствует

Для матриц Дирака киральный элемент соответствует отсюда и его название, поскольку он играет важную роль в различении киральности спиноров.

Для группы Паули киральным элементом является тогда как для гамма-группы , невозможно вывести такую ​​зависимость для кроме того, что это соответствует Это пример того, как представление может иметь больше идентификаторов, чем представляемая группа. Для кватернионов , которые обеспечивают представление киральный элемент

Сопряжение зарядов

[ редактировать ]

Ни один из перечисленных выше автоморфизмов (транспонирование, сопряжение, основная инволюция) не является внутренними автоморфизмами ; то есть их нельзя представить в виде для некоторого существующего элемента в гамма-группе, как представлено выше. Зарядовое сопряжение требует расширения гамма-группы двумя новыми элементами; по соглашению, это

и

Вышеупомянутых отношений недостаточно для определения группы; и другие продукты не определены.

Матричное представление

[ редактировать ]

Гамма-группа имеет матричное представление, заданное комплексом матрицы с и и функция пола , наибольшее целое число, меньшее Групповое представление матриц можно компактно записать в терминах антикоммутаторного соотношения из алгебры Клиффорда Cℓ p , q ( R )

где матрица I N представляет собой единичную матрицу в N измерениях. Транспонирование и эрмитово сопряжение соответствуют своему обычному значению на матрицах.

Сопряжение зарядов

[ редактировать ]

В оставшейся части статьи предполагается, что и так . То есть алгебра Клиффорда Cℓ 1 , d −1 ( R ) . предполагается [а] В этом случае гамма-матрицы обладают следующим свойством при эрмитовом сопряжении :

Транспонирование будет обозначаться с небольшим изменением обозначений путем отображения где элемент слева — это элемент абстрактной группы, а элемент справа — это литеральная матрица transpose .

Как и ранее, генераторы Γ a , −Γ a Т , С а Т все порождают одну и ту же группу (все сгенерированные группы изоморфны ; операции по-прежнему являются инволюциями ). Однако, поскольку Γ a теперь являются матрицами, становится правдоподобным задаться вопросом, существует ли матрица, которая может действовать как преобразование подобия , воплощающее автоморфизмы. В общем, такую ​​матрицу можно найти. По соглашению, есть два представляющих интерес; в физической литературе их называют матрицами зарядового сопряжения . Явно это

Их можно построить как действительные матрицы различных размерностей, как показано в следующей таблице. В четном измерении оба существуют, в нечетном измерении только один.

д

Обратите внимание, что это базовый выбор.

Свойства симметрии

[ редактировать ]

Обозначим произведение гамма-матриц через

и обратите внимание, что свойство антикоммутации позволяет нам упростить любую такую ​​последовательность до такой, в которой индексы различны и возрастают. Поскольку отчетливые против поездок на работу это мотивирует введение антисимметричного «среднего». Введем антисимметричные произведения различных n -кортежей из 0, ..., d − 1:

где π пробегает все перестановки из n символов, а ϵ чередующийся символ . Есть 2 д таких продуктов, но только N 2 независимы и охватывают пространство размера N × N. матриц

Обычно Γ ab обеспечивает (би)спинорное представление 1/2 , ( d генераторы d − 1 многомерной группы Лоренца ) SO + (1, d − 1) , обобщающее 6 матриц σ примечание спинового представления группы Лоренца в четырех измерениях.

Для четного d можно дополнительно определить эрмитову киральную матрицу

такой, что chir , Γ a } = 0 и Γ chir 2 = 1 . (В нечетных измерениях такая матрица будет коммутировать со всеми Γ a s и, таким образом, будет пропорциональна единице, поэтому она не рассматривается.)

Матрица Г называется симметричной, если

в противном случае, для знака -, он называется антисимметричным.

В предыдущем выражении C может быть либо или . В нечетном измерении нет никакой двусмысленности, но в четном лучше выбрать любой из них. или допускает спиноры Майораны. При d = 6 такого критерия нет, поэтому мы рассматриваем оба.

д С Симметричный антисимметричный

Личности

[ редактировать ]

Доказательство тождеств следов для гамма-матриц справедливо для всех четных размерностей. Поэтому нужно только вспомнить случай 4D , а затем изменить общий коэффициент 4 на . Для других тождеств (содержащих сокращение) явные функции появится.

Даже когда количество физических измерений равно четырем, эти более общие тождества повсеместно используются в циклических вычислениях из-за размерной регуляризации .

Пример явной конструкции в киральном базисе

[ редактировать ]

Матрицы Г можно построить рекурсивно сначала во всех четных размерностях, d = 2k , а затем в нечетных, 2k + 1.

Используя матрицы Паули , возьмем

и можно легко проверить, что матрицы зарядового сопряжения имеют вид

Наконец, можно определить эрмитовский киральный γ chir как

Общий четный d = 2 k

[ редактировать ]

Теперь можно построить матрицы Γ a , ( a = 0, ... , d + 1) и зарядовые сопряжения C (±) в измерениях d + 2, начиная с γ a' , ( a' = 0, ... , d − 1 ) и c (±) матрицы в d измерениях.

Явно,

Затем можно построить матрицы зарядового сопряжения:

со следующими свойствами,

Исходя из значений знаков для d = 2, s (2,+) = +1 и s (2,−) = −1, можно зафиксировать все последующие знаки s ( d ,±), имеющие периодичность 8; явно, можно найти

+1 +1 −1 −1
+1 −1 −1 +1

Опять же, можно определить эрмитову киральную матрицу в измерениях d +2 как

которая по построению диагональна и при зарядовом сопряжении преобразуется как

Таким образом, очевидно, что chir , Γ a } = 0.

Общий нечет d = 2 k + 1

[ редактировать ]

Рассмотрим предыдущую конструкцию для d − 1 (которая четна) и просто возьмем все матрицы Γ a ( a = 0, ..., d − 2) , к которым добавим ее i Γ chir ≡ Γ d −1 . ( Я необходим для получения антиэрмитовой матрицы и ее расширения в пространственноподобную метрику).

Наконец, вычислите матрицу сопряжения зарядов: выберите между и , таким образом, что Γ d −1 преобразуется, как и все остальные Γ -матрицы. Явно требуйте

При изменении размера d закономерности обычно повторяются с периодом 8 (см. часы алгебры Клиффорда ).

См. также

[ редактировать ]

Примечания

[ редактировать ]
  1. ^ Возможно и даже вероятно, что многие или большинство формул и таблиц в этом и последующих разделах верны и в общем случае; однако это не было проверено. Этот и последующие разделы изначально были написаны в предположении о метрике (1,d−1).
  1. ^ Jump up to: а б с Петижан, Мишель (2020). «Возврат к киральности спиноров Дирака» . Симметрия . 12 (4): 616. дои : 10.3390/sym12040616 .
  2. ^ Юрген Йост, (2002) «Риманова геометрия и геометрический анализ (3-е издание)», Springer. См. главу 1, раздел 1.8.

Общее чтение

[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 1addd15accdf98ecd451bdc8621f942c__1720869060
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/1a/2c/1addd15accdf98ecd451bdc8621f942c.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Higher-dimensional gamma matrices - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)