Е 6 (математика)

В математике . E6 алгебраических — это название некоторых тесно связанных групп Ли , линейных групп или их алгебр Ли , все из которых имеют размерность 78; то же обозначение E 6 используется для соответствующей корневой решетки , имеющей ранг 6. Обозначение E 6 происходит из классификации Картана–Киллинга комплексных простых алгебр Ли (см. Эли Картана § Work ). на четыре бесконечные серии, обозначенные An Bn , Cn , Dn , и пять случаев обозначенных E6 , E7 и , E8 , , F4 , исключительных G2 Это классифицирует алгебры Ли . алгебра E6 Таким образом , является одним из пяти исключительных случаев.

Фундаментальная группа комплексной формы, компактной вещественной формы или любой алгебраической версии E6 это циклическая группа Z /3 Z , а ее внешняя группа автоморфизмов — циклическая группа Z /2 Z. — Его фундаментальное представление 27-мерное (комплексное), а основу составляют 27 линий на кубической поверхности . Двойственное представление , которое неэквивалентно, также 27-мерно.

В физике элементарных частиц E6 . играет роль в некоторых теориях Великого объединения

Реальные и сложные формы [ править ]

Существует единственная комплексная алгебра Ли типа E 6 , соответствующая комплексной группе комплексной размерности 78. Комплексную присоединенную группу Ли E 6 комплексной размерности 78 можно рассматривать как простую вещественную группу Ли вещественной размерности 156. Это имеет фундаментальное значение. группа Z /3 Z , имеет максимальную компактную подгруппу, компактную форму (см. ниже) группы E 6 , и имеет нециклическую группу внешних автоморфизмов порядка 4, порожденную комплексным сопряжением и внешним автоморфизмом, который уже существует как комплексный автоморфизм.

Помимо комплексной группы Ли типа E6 , существует пять вещественных форм алгебры Ли и, соответственно, пять вещественных форм группы с тривиальным центром (все из которых имеют алгебраическое двойное накрытие, а три из них имеют дополнительные не -алгебраические накрытия, придающие дальнейшие вещественные формы), все вещественной размерности 78, а именно:

  • Компактная форма (которая обычно подразумевается, если не указана другая информация), имеющая фундаментальную группу / 3 Z и внешнюю группу автоморфизмов Z /2 Z. Z
  • Расщепляемая форма EI (или E 6(6) ), имеющая максимальную компактную подгруппу Sp(4)/(±1), фундаментальную группу порядка 2 и внешнюю группу автоморфизмов порядка 2.
  • Квазирасщепляемая форма EII (или E 6(2) ), имеющая максимальную компактную подгруппу SU(2) × SU(6)/(центр), циклическую фундаментальную группу порядка 6 и внешнюю группу автоморфизмов порядка 2.
  • EIII (или E6 (-14) ), который имеет максимальную компактную подгруппу SO(2) × Spin(10)/(центр), фундаментальную группу Z и тривиальную внешнюю группу автоморфизмов.
  • EIV (или E6 (-26) ), которая имеет максимальную компактную подгруппу F4 , тривиальную фундаментальную циклическую группу и внешнюю группу автоморфизмов порядка 2.

Форма EIV E 6 представляет собой группу коллинеаций (преобразований, сохраняющих линию) октонионной проективной плоскости OP. 2 . [1] Это также группа сохраняющих детерминант линейных преобразований исключительной йордановой алгебры . Исключительная йордановая алгебра 27-мерна, что объясняет, почему компактная вещественная форма E6 имеет 27-мерное комплексное представление. Компактная вещественная форма E6 представляет собой группу изометрий 32-мерного риманова многообразия, известного как «биоктонионная проективная плоскость»; подобные конструкции для E7 и E8 известны как проективные плоскости Розенфельда и являются частью магического квадрата Фрейденталя .

E 6 группа алгебраическая как

С помощью базиса Шевалле для алгебры Ли можно определить Е6 как линейную алгебраическую группу над целыми числами и, следовательно, над любым коммутативным кольцом и, в частности, над любым полем: это определяет так называемое расщепление (иногда также известное как как «раскрученная») присоединенная форма E 6 . Над алгебраически замкнутым полем это и его тройное накрытие являются единственными формами; однако над другими полями часто существует множество других форм или «поворотов» E6 , которые классифицируются в общей структуре когомологий Галуа (над совершенным полем k ) множеством H 1 ( k , Aut(E 6 )), который, поскольку диаграмма Дынкина E 6 (см. ниже ) имеет группу автоморфизмов Z /2 Z , отображается в H 1 ( k , Z /2 Z ) = Hom (Gal( k ), Z /2 Z ) с ядром H 1 ( к , Е 6,ад ). [2]

В поле действительных чисел вещественная составляющая идентичности этих алгебраически скрученных форм E 6 совпадает с тремя упомянутыми выше вещественными группами Ли , но с тонкостью, касающейся фундаментальной группы: все присоединенные формы E 6 имеют фундаментальную группу Z. /3 Z в смысле алгебраической геометрии с действием Галуа как на третьих корнях из единицы; это означает, что они допускают ровно одно тройное накрытие (которое может быть тривиальным на вещественных точках); поэтому дальнейшие некомпактные вещественные формы группы Ли группы Ли E6 не являются алгебраическими и не допускают точных конечномерных представлений. Компактная вещественная форма E6 , а также некомпактные формы EI=E6 (6) и EIV=E6 (-26) называются внутренними или типа 1 E 6 означает, что их класс лежит в H 1 ( k , E 6,ad ) или что комплексное сопряжение индуцирует тривиальный автоморфизм на диаграмме Дынкина, тогда как две другие вещественные формы называются внешними или типа 2 Е6 .

Над конечными полями из теоремы Ланга–Стейнберга следует, что H 1 ( k , E 6 ) = 0, что означает, что E 6 имеет ровно одну скрученную форму, известную как 2 E6 . : см ниже .

алгебры Альберта Автоморфизмы

Подобно тому, как алгебраическая группа G 2 является группой автоморфизмов октонионов , а алгебраическая группа F 4 является группой автоморфизмов алгебры Альберта , исключительной йордановой алгебры , алгебраическая группа E 6 является группой линейных автоморфизмов алгебры Альберта. сохраняющие определенную кубическую форму, называемую «определителем». [3]

Алгебра [ править ]

Диаграмма Дынкина [ править ]

Диаграмма Дынкина для E 6 имеет вид , который также можно нарисовать как .

Корни E 6 [ править ]

72 вершины многогранника 1 22 представляют собой корневые векторы E 6 , как показано в этой проекции на плоскость Кокстера . Оранжевые вершины в этой проекции удваиваются.
Диаграмма Кокстера – Дынкина :

Хотя они охватывают шестимерное пространство, гораздо симметричнее рассматривать их как векторы в шестимерном подпространстве девятимерного пространства. Тогда можно взять корни, чтобы быть

(1,−1,0;0,0,0;0,0,0), (−1,1,0;0,0,0;0,0,0),
(−1,0,1;0,0,0;0,0,0), (1,0,−1;0,0,0;0,0,0),
(0,1,−1;0,0,0;0,0,0), (0,−1,1;0,0,0;0,0,0),
(0,0,0;1,−1,0;0,0,0), (0,0,0;−1,1,0;0,0,0),
(0,0,0;−1,0,1;0,0,0), (0,0,0;1,0,−1;0,0,0),
(0,0,0;0,1,−1;0,0,0), (0,0,0;0,−1,1;0,0,0),
(0,0,0;0,0,0;1,−1,0), (0,0,0;0,0,0;−1,1,0),
(0,0,0;0,0,0;−1,0,1), (0,0,0;0,0,0;1,0,−1),
(0,0,0;0,0,0;0,1,−1), (0,0,0;0,0,0;0,−1,1),

плюс все 27 комбинаций где является одним из плюс все 27 комбинаций где является одним из

Простые корни

Один из возможных вариантов выбора простых корней E 6 :

(0,0,0;0,0,0;0,1,−1)
(0,0,0;0,0,0;1,−1,0)
(0,0,0;0,1,−1;0,0,0)
(0,0,0;1,−1,0;0,0,0)
(0,1,−1;0,0,0;0,0,0)
График E 6 как подгруппы E 8, спроецированный на плоскость Кокстера.
Диаграмма Хассе E 6 корневого частичного набора с метками ребер, обозначающими добавленное простое положение корня

Е 6 корней Е 8 произошли Корни от

E 6 является подмножеством E 8 , где согласованный набор из трех координат равен (например, первая или последняя). Это облегчает четкое определение E 7 и E 6 как:

E 7 = { α Z 7 ∪ ( Z + 1 / 2 ) 7 : Сай я 2 + 1 2 = 2, Σ α i + α 1 ∈ 2 Z },
E 6 = { α Z 6 ∪ ( Z + 1 / 2 ) 6 : Сай я 2 + 2 а 1 2 знак равно 2, Σ α я + 2 α 1 ∈ 2 Z }

Следующие 72 корня E6 получаются таким образом из расщепленных вещественных четных E8 корней . Обратите внимание, что последние три размера совпадают с требуемыми:

Альтернативное описание [ править ]

Альтернативное (6-мерное) описание корневой системы, которое полезно при рассмотрении E6 × (3) как подгруппы E8 SU , выглядит следующим образом:

Все перестановки

сохранение нуля в последней записи,

и все следующие корни с нечетным количеством знаков плюс

Таким образом, 78 образующих состоят из следующих подалгебр:

45-мерная подалгебра SO (10), включая приведенную выше. генераторы плюс пять генераторов Картана, соответствующие первым пяти записям.
Две 16-мерные подалгебры, преобразующиеся как Вейля спинор и его комплексно-сопряженный. Они имеют ненулевую последнюю запись.
1, который является их генератором киральности, и шестым генератором Картана .

Один из простых корней для E 6 задается строками следующей матрицы, пронумерованными в порядке :

Группа Вейля [ править ]

Группа Вейля E 6 имеет порядок 51840: это группа автоморфизмов единственной простой группы порядка 25920 (которую можно описать как любую из: PSU 4 (2), PSΩ 6 (2), PSp 4 (3) или PS 5 (3)). [4]

Матрица Картана [ править ]

и представления Важные подалгебры

Вложения максимальных подгрупп E 6 до размерности 78 с соответствующей матрицей проекции.

Алгебра Ли E6 имеет подалгебру F4 , которая является фиксированной подалгеброй внешнего автоморфизма, и подалгебру SU(3)×SU(3)×SU(3). Другими максимальными подалгебрами, которые имеют важное значение в физике (см. ниже) и которые можно прочитать по диаграмме Дынкина, являются алгебры SO(10) × U(1) и SU(6) × SU(2).

Помимо 78-мерного присоединенного представления, существуют два двойственных 27-мерных «векторных» представления .

Все характеры конечномерных представлений вещественных и комплексных алгебр Ли и групп Ли задаются формулой характеров Вейля . Размеры наименьших неприводимых представлений (последовательность A121737 в OEIS ):

1 , 27 (дважды), 78 , 351 (четыре раза), 650 , 1728 (дважды), 2430 , 2925 , 3003 (дважды) , 5824 (дважды) , 7371 (дважды), 7722 (дважды), 17550 (дважды) , 19305 (четыре раза), 34398 (дважды), 34749 , 43758 , 46332 (дважды), 51975 (дважды), 54054 (дважды), 61425 (дважды), 70070 , 78975 (дважды) , 85293 , 100386 (дважды). лед), 105600 , 112320 (дважды), 146432 (дважды) , 252252 (дважды) , 314496 (дважды), 359424 (четыре раза), 371800 (дважды) , 386100 (дважды), 393822 (дважды), 412776 (дважды), 442442 ( дважды) ...

Подчеркнутые члены в приведенной выше последовательности — это размерности тех неприводимых представлений, которыми обладает присоединенная форма E 6 (т. е. те, чьи веса принадлежат корневой решетке E 6 ), тогда как полная последовательность дает размерности неприводимых представлений E 6 . односвязная форма E 6 .

Симметрия диаграммы Дынкина пространства E6 объясняет , почему многие измерения встречаются дважды, причем соответствующие представления связаны нетривиальным внешним автоморфизмом; однако иногда существует даже больше представлений, чем это, например, четыре измерения 351, два из которых являются фундаментальными, а два — нет.

Фундаментальные представления имеют размерности 27, 351, 2925, 351, 27 и 78 (что соответствует шести узлам на диаграмме Дынкина в порядке, выбранном для матрицы Картана выше, т. е. сначала узлы считываются в цепочке из пяти узлов, при этом последний узел соединен со средним).

вложения максимальных подгрупп группы E6 до Справа показаны размерности 78.

Многогранник E6 [ править ]

Многогранник E6 представляет собой выпуклую оболочку корней многогранника E6 . Следовательно, он существует в шести измерениях; его группа симметрии содержит группу Кокстера для E 6 в качестве подгруппы индекса 2.

Группы Шевалле и Штейнберга типа E 6 и 2 E6[editЕ6

Группы типа Е6 над произвольными полями ( в частности, конечными полями) были введены Диксоном ( 1901 , 1908 ).

Точки над конечным полем с q элементами (расщепимой) алгебраической группы Е6 ( см. выше ), будь то присоединенной (бесцентровой) или односвязной формы (ее алгебраическое универсальное накрытие), дают конечную группу Шевалле . Это тесно связано с группой, записанной E 6 ( q ), однако в этом обозначении есть двусмысленность, которая может означать несколько вещей:

  • конечная группа, состоящая из точек над F q односвязной формы E 6 (для ясности ее можно записать E 6,sc ( q ) или реже известна как «универсальная» группа Шевалле типа E6 над Fq ) и ,
  • (редко) конечная группа, состоящая из точек над F q присоединенной формы к E 6 (для наглядности ее можно записать E 6,ad ( q ), и известна как «присоединенная» группа Шевалле типа E 6 над F q ), или
  • конечная группа, которая является образом естественного отображения первой во вторую: это то, что будет обозначаться E6 ( q ) в дальнейшем, как это чаще всего встречается в текстах, посвященных конечным группам.

С точки зрения конечной группы, отношения между этими тремя группами, которые совершенно аналогичны отношениям между SL( n,q ), PGL( n,q ) и PSL( n,q ), можно резюмировать следующим образом: E 6 ( q ) является простым для любого q , E 6,sc ( q ) — его накрытие Шура , а E 6,ad ( q ) лежит в его группе автоморфизмов; более того, когда q −1 не делится на 3, все три совпадают, а в противном случае (когда q конгруэнтно 1 по модулю 3) множитель Шура E 6 ( q ) равен 3, а E 6 ( q ) имеет индекс 3 в E 6,ad ( q ), что объясняет, почему E 6,sc ( q ) и E 6,ad ( q ) часто записываются как 3 · E 6 ( q ) и E 6 ( q ) · 3. ) реже С точки зрения алгебраической группы, E 6 ( q относится к конечной простой группе, поскольку последняя не является естественным образом множеством точек алгебраической группы над F q в отличие от E 6,sc ( q ) и E 6,ad ( q ).

Помимо этой «расщепленной» (или «раскрученной») формы E6 , существует еще одна форма E6 над конечным полем Fq как , известная 2 E 6 , который получается подкручиванием нетривиальным автоморфизмом диаграммы Дынкина E 6 . Конкретно, 2 E 6 ( q ), известную как группа Стейнберга, можно рассматривать как подгруппу E 6 ( q 2 ) фиксируется композицией нетривиального автоморфизма диаграммы и нетривиального полевого автоморфизма F q 2 . Скручивание не меняет того факта, что алгебраическая фундаментальная группа 2 E 6,ad есть Z /3 Z , но он меняет те q, для которых покрытие 2 E 6, объявление 2 E 6,sc нетривиален на F q -точках. Именно так: 2 E 6,sc ( q ) является покрытием 2 E 6 ( q ) и 2 E 6,ad ( q ) лежит в своей группе автоморфизмов; когда q +1 не делится на 3, все три совпадают, а в противном случае (когда q конгруэнтно 2 по модулю 3) степень 2 E 6,sc ( q ) над 2 E 6 ( q ) равно 3 и 2 E 6 ( q ) имеет индекс 3 в 2 E 6,ad ( q ), что объясняет, почему 2 E 6,sc ( q ) и 2 E 6,ad ( q ) часто записывают как 3· 2 Е 6 ( q ) и 2 Е 6 ( q ) · 3.

В отношении групп следует затронуть два вопроса об обозначениях. 2 Е 6 ( q ). Во-первых, это иногда пишут 2 Е 6 ( q 2 ), обозначение, которое имеет то преимущество, что его легче переносить в группы Сузуки и Ри, но имеет недостаток, заключающийся в отклонении от обозначения для F q -точек алгебраической группы. Другое дело, что тогда как 2 E 6,sc ( q ) и 2 E 6,ad ( q ) — F q -точки алгебраической группы, рассматриваемая группа также зависит от q (например, точки над F q 2 той же группы являются раскрученные E 6,sc ( q 2 ) и E 6,ad ( q 2 )).

Группы E 6 ( q ) и 2 E 6 ( q ) просты для любого q , [5] [6] и составляют два бесконечных семейства в классификации конечных простых групп . Их порядок задается следующей формулой (последовательность A008872 в OEIS ):

(последовательность A008916 в OEIS ). Порядок E 6,sc ( q ) или E 6,ad ( q ) (оба равны) можно получить, удалив разделительный коэффициент gcd(3, q −1) из первой формулы (последовательность A008871 в OEIS ) , и порядок 2 E 6,sc ( q ) или 2 E 6,ad ( q делителя gcd(3, q ) (оба равны) можно получить, удалив из второго +1) (последовательность A008915 в OEIS ).

Множитель Шура E 6 ( q ) всегда равен НОД(3, q −1) (т. е. E 6,sc ( q ) является его накрытием Шура). Множитель Шура 2 E 6 ( q ) есть НОД(3, q +1) (т.е. 2 E 6,sc ( q ) — его накрытие Шура) вне исключительного случая q =2, когда оно равно 2 2 ·3 (т.е. есть еще 2 2 -откидная обложка). Внешняя группа автоморфизмов E 6 ( q ) является произведением диагональной группы автоморфизмов Z /gcd(3, q −1) Z (заданной действием E 6,ad ( q )), группы Z /2 Z автоморфизмов диаграмм и группу автоморфизмов полей (т. е. циклических порядка f, если q = p ж где p — простое число). Группа внешних автоморфизмов 2 E 6 ( q ) является произведением группы диагональных автоморфизмов Z /gcd(3, q +1) Z (задаваемой действием 2 E 6,ad ( q )) и группу полевых автоморфизмов (т. е. циклических порядка f, если q = p ж где p — простое число).

в физике Значение

Схема слабого изоспина , W более слабого изоспина W , сильного g 3 и g 8 и барионного минус лептона B , зарядов для частиц в SO(10) Теории Великого Объединения , повернута, чтобы показать вложение в E 6 .

N = 8 Супергравитация в пяти измерениях, которая представляет собой размерность уменьшенную 11- мерной супергравитации, допускает бозонную глобальную симметрию E 6 и Sp(8) бозонную локальную симметрию . Фермионы находятся в представлениях Sp(8) , калибровочные поля — в представлении E6 синглетами , а скаляры — в представлении обоих (Гравитоны являются относительно обоих). Физические состояния находятся в представлениях смежного класса E 6 /Sp(8) .

В великого объединения теориях E 6 появляется как возможная калибровочная группа, которая после своего разрушения дает начало SU(3) × SU(2) × U(1) калибровочной группе стандартной модели . Один из способов добиться этого — перейти к SO(10) × U(1) . Сопряженное представление 78 разбивается, как объяснялось выше, на присоединенное 45 , спинор 16 и 16 , а также синглет подалгебры SO(10) . С учетом заряда U(1) имеем

Где нижний индекс обозначает заряд U(1) .

Аналогично, фундаментальное представление 27 и его сопряженное 27 разбиваются на скаляр 1 , вектор 10 и спинор 16 или 16 :

Таким образом, можно получить элементарные фермионы Стандартной модели и бозон Хиггса.

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Розенфельд, Борис (1997), Геометрия групп Ли (теорема 7.4 на странице 335 и следующий абзац).
  2. ^ Платонов, Владимир П.; Рапинчук, Андрей С. (1991). Алгебраические группы и теория чисел . Наука. ISBN  5-02-014191-7 . (английский перевод: Платонов Владимир П.; Рапинчук, Андрей С. (1994). Алгебраические группы и теория чисел . Академическая пресса. ISBN  0-12-558180-7 . ), §2.2.4
  3. ^ Спрингер, Тонни А.; Вельдкамп, Фердинанд Д. (2000). Октонионы, жордановые алгебры и исключительные группы . Спрингер. дои : 10.1007/978-3-662-12622-6 . ISBN  978-3-642-08563-5 . МР   1763974 . , §7.3
  4. ^ Конвей, Джон Хортон ; Кертис, Роберт Тернер; Нортон, Саймон Филлипс ; Паркер, Ричард А ; Уилсон, Роберт Арнотт (1985). Атлас конечных групп : максимальные подгруппы и обыкновенные характеры простых групп . Издательство Оксфордского университета. п. 26. ISBN  0-19-853199-0 .
  5. ^ Картер, Роджер В. (1989). Простые группы типа лжи . Библиотека классической литературы Уайли. Джон Уайли и сыновья. ISBN  0-471-50683-4 .
  6. ^ Уилсон, Роберт А. (2009). Конечные простые группы . Тексты для аспирантов по математике . Том. 251. Шпрингер-Верлаг . ISBN  978-1-84800-987-5 .