~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Arc.Ask3.Ru ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 
Номер скриншота №:
✰ F64C922591C689BA0EE0D27B47D6592C__1715692860 ✰
Заголовок документа оригинал.:
✰ Chern–Simons theory - Wikipedia ✰
Заголовок документа перевод.:
✰ Теория Черна–Саймонса — Википедия ✰
Снимок документа находящегося по адресу (URL):
✰ https://en.wikipedia.org/wiki/Chern-Simons_field_theory ✰
Адрес хранения снимка оригинал (URL):
✰ https://arc.ask3.ru/arc/aa/f6/2c/f64c922591c689ba0ee0d27b47d6592c.html ✰
Адрес хранения снимка перевод (URL):
✰ https://arc.ask3.ru/arc/aa/f6/2c/f64c922591c689ba0ee0d27b47d6592c__translat.html ✰
Дата и время сохранения документа:
✰ 28.06.2024 07:23:01 (GMT+3, MSK) ✰
Дата и время изменения документа (по данным источника):
✰ 14 May 2024, at 16:21 (UTC). ✰ 

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Ask3.Ru ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 
Сервисы Ask3.ru: 
 Архив документов (Снимки документов, в формате HTML, PDF, PNG - подписанные ЭЦП, доказывающие существование документа в момент подписи. Перевод сохраненных документов на русский язык.)https://arc.ask3.ruОтветы на вопросы (Сервис ответов на вопросы, в основном, научной направленности)https://ask3.ru/answer2questionТоварный сопоставитель (Сервис сравнения и выбора товаров) ✰✰
✰ https://ask3.ru/product2collationПартнерыhttps://comrades.ask3.ru


Совет. Чтобы искать на странице, нажмите Ctrl+F или ⌘-F (для MacOS) и введите запрос в поле поиска.
Теория Черна–Саймонса — Jump to content

Chern–Simons theory

Из Википедии, бесплатной энциклопедии
(Перенаправлено из теории поля Черна-Саймонса )

Теория Черна-Саймонса — это трёхмерная топологическая квантовая теория поля типа Шварца, разработанная Эдвардом Виттеном . Впервые его открыл физик-математик Альберт Шварц . Она названа в честь математиков Шиинг-Шен Черна и Джеймса Харриса Саймонса , которые ввели 3-форму Черна-Саймонса . В теории Черна–Саймонса действие пропорционально интегралу от 3-формы Черна–Саймонса.

В физике конденсированного состояния теория Черна – Саймонса описывает топологический порядок в состояниях дробного квантового эффекта Холла . В математике он использовался для расчета инвариантов узлов и инвариантов трехмерных многообразий , таких как полином Джонса . [1]

В частности, теория Черна – Саймонса определяется выбором простой группы Ли G, известной как калибровочная группа теории, а также числа, называемого уровнем теории , которое является константой, умножающей действие. Действие зависит от калибровки, однако статистическая сумма квантовой когда теории четко определена, уровень является целым числом и напряженность калибровочного поля равна нулю на всех границах трехмерного пространства-времени.

Это также центральный математический объект в теоретических моделях топологических квантовых компьютеров (TQC). В частности, теория Черна – Саймонса SU (2) описывает простейшую неабелеву анонную модель TQC, модель Янга – Ли – Фибоначчи. [2] [3]

Динамика теории Черна-Саймонса на двумерной границе трехмерного многообразия тесно связана с правилами слияния и конформными блоками в конформной теории поля и, в частности, теории WZW . [1] [4]

Классическая теория [ править ]

Математическое происхождение [ править ]

В 1940-х годах С. С. Черн и А. Вейль изучали свойства глобальной кривизны гладких многообразий М как когомологий де Рама ( теория Черна–Вейля ), что является важным шагом в теории характеристических классов в дифференциальной геометрии . Для плоского G - главного расслоения P на M существует единственный гомоморфизм, называемый гомоморфизмом Черна–Вейля , из алгебры G -сопряженных инвариантных многочленов на g (алгебра Ли G ) в когомологии . Если инвариантный полином однороден, то можно конкретно записать любую k -форму замкнутой связности ω как некоторую 2 k -форму ассоциированной формы кривизны Ω связности ω .

В 1974 году С.С. Черн и Дж.Х. Саймонс конкретно построили (2 k − 1)-форму df ( ω ) такую, что

где T — гомоморфизм Черна–Вейля. Эта форма называется формой Черна–Саймонса . Если df ( ω ) замкнуто, можно проинтегрировать приведенную выше формулу

где C — (2 k − 1)-мерный цикл на M . Этот инвариант называется инвариантом Черна–Саймонса . Как отмечалось во введении к статье Черна–Саймонса, инвариант Черна–Саймонса CS( M ) является граничным членом, который не может быть определен какой-либо чистой комбинаторной формулировкой. Его также можно определить как

где — первое число Понтрягина, а ( M ) — сечение нормального ортогонального расслоения P. s Более того, термин Черна-Саймонса описывается как эта-инвариант, определенный Атьей, Патоди и Сингером.

Калибровочную инвариантность и метрическую инвариантность можно рассматривать как инвариантность относительно действия присоединенной группы Ли в теории Черна–Вейля. ( Интеграл действия интеграл по путям ) теории поля в физике рассматривается как интеграл Лагранжа формы Черна – Саймонса и петли Вильсона, голономии векторного расслоения на M . Это объясняет, почему теория Черна-Саймонса тесно связана с топологической теорией поля .

Конфигурации [ править ]

Теории Черна–Саймонса можно определить на любом топологическом 3-многообразии M с краем или без него. Поскольку эти теории являются топологическими теориями типа Шварца, нет метрику необходимости вводить на M .

Теория Черна–Саймонса является калибровочной теорией , что означает, что классическая конфигурация в теории Черна–Саймонса на M с калибровочной группой G описывается главным G -расслоением на M . Связность , этого расслоения характеризуется одноформой связности A имеющей значение в алгебре Ли g группы Ли G . В общем, связь A определяется только на отдельных участках координат , а значения A на разных участках связаны картами, известными как калибровочные преобразования . Они характеризуются утверждением, что ковариантная производная , представляющая собой сумму внешней производной оператора d и связности A , преобразуется в присоединенное представление калибровочной G. группы Квадрат ковариантной производной с самой собой можно интерпретировать как g -значную 2-форму F, называемую формой кривизны или напряженностью поля . Он также преобразуется в присоединенном представлении.

Динамика [ править ]

Действие S теории Черна– Саймонса пропорционально интегралу от 3-формы Черна–Саймонса

Константа k называется уровнем теории. Классическая физика теории Черна–Саймонса не зависит от выбора уровня k .

Классически система характеризуется уравнениями движения, которые являются экстремумами действия по отношению к вариациям А. поля По кривизне поля

уравнение поля явно

Таким образом, классические уравнения движения удовлетворяются тогда и только тогда, когда кривизна повсюду обращается в нуль, и в этом случае связь называется плоской . Таким образом, классическими решениями G -теории Черна–Саймонса являются плоские связности главных G -расслоений на M . Плоские связности целиком определяются голономиями вокруг нестягиваемых циклов по M. базе во взаимно однозначном соответствии с классами эквивалентности гомоморфизмов фундаментальной группы M G в калибровочную группу Точнее, они находятся с точностью до сопряжения.

Если M имеет границу N то имеются дополнительные данные, описывающие выбор тривиализации главного G- расслоения на N. , отображение из N в G. Такой выбор характеризует Динамика этого отображения описывается моделью Весса-Зумино-Виттена (WZW) на N на уровне k .

Квантование [ править ]

Чтобы канонически квантовать теорию Черна – Саймонса, на каждой двумерной поверхности Σ в M определяется состояние. Как и в любой квантовой теории поля, состояния соответствуют лучам в гильбертовом пространстве . В топологической теории поля типа Шварца нет предпочтительного понятия времени, поэтому можно потребовать, чтобы Σ была поверхностью Коши , фактически состояние может быть определено на любой поверхности.

Σ имеет коразмерность один, поэтому можно разрезать M вдоль Σ. После такого разрезания M станет многообразием с краем, и, в частности, классически динамика Σ будет описываться моделью WZW. Виттен показал, что это соответствие имеет место даже в квантовой механике. Точнее, он продемонстрировал, что гильбертово пространство состояний всегда конечномерно и может быть канонически отождествлено с пространством конформных блоков модели G WZW на уровне k.

Например, когда Σ является 2-сферой, это гильбертово пространство одномерно и поэтому существует только одно состояние. Когда Σ является 2-тором, состояния соответствуют интегрируемым представлениям аффинной алгебры Ли , соответствующей g на уровне k. Характеристики конформных блоков высших родов не нужны для решения Виттеном теории Черна – Саймонса.

Наблюдаемые [ править ]

Петли Вильсона [ править ]

Наблюдаемые теории Черна – Саймонса представляют собой n -точечные корреляционные функции калибровочно-инвариантных операторов. Наиболее часто изучаемым классом калибровочно-инвариантных операторов являются петли Вильсона . Петля Вильсона — это голономия вокруг петли в M в заданном представлении R группы G. , прослеживаемая Поскольку нас будут интересовать произведения петель Вильсона, без ограничения общности мы можем ограничить внимание неприводимыми представлениями R .

Более конкретно, учитывая неприводимое представление R и петлю K в M , можно определить петлю Вильсона к

где A — 1-форма связности, и мы берем главное значение Коши контурного интеграла и – это экспонента, упорядоченная по пути .

и ХОМФЛИ Джонса Полиномы

Рассмотрим ссылку L в M , которая представляет собой набор непересекающихся петель. Особенно интересной наблюдаемой является сформированная из произведения петель Вильсона вокруг каждой непересекающейся петли, каждая из которых прослеживается в фундаментальном представлении G -точечная корреляционная функция , . Можно сформировать нормализованную корреляционную функцию, разделив эту наблюдаемую на статистическую сумму Z ( M ), которая представляет собой всего лишь 0-точечную корреляционную функцию.

В особом случае, когда M является 3-сферой, Виттен показал, что эти нормированные корреляционные функции пропорциональны известным полиномам узлов . Например, в G = U ( N теории Черна–Саймонса ) на уровне k нормированная корреляционная функция с точностью до фазы равна

умножить на полином ХОМФЛИ . В частности, когда N = 2, полином ХОМФЛИ сводится к полиному Джонса . В случае SO( N ) аналогичное выражение можно найти с полиномом Кауфмана .

Фазовая неоднозначность отражает тот факт, что, как показал Виттен, квантовые корреляционные функции не полностью определяются классическими данными. Число зацепления петли с самой собой входит в расчет статистической суммы, но это число не инвариантно при малых деформациях и, в частности, не является топологическим инвариантом. Это число можно сделать четко определенным, если выбрать каркас для каждого цикла, который представляет собой выбор предпочтительного ненулевого вектора нормали в каждой точке, вдоль которого можно деформировать цикл для вычисления его числа самосвязывания. Эта процедура является примером разделения точек, процедуры регуляризации введенной Полем Дираком и Рудольфом Пайерлсом для определения явно расходящихся величин в квантовой теории поля в 1934 году.

Сэр Майкл Атья показал, что существует канонический выбор двухкадрового режима. [5] который сегодня обычно используется в литературе и приводит к четко определенному числу связей. В каноническом построении вышеуказанная фаза представляет собой экспоненту, в 2π i /( k + N ) умноженную на число связей L с самим собой.

Задача (распространение полинома Джонса на общие 3-многообразия)

«Исходный полином Джонса был определен для 1-звеньев в 3-сфере (3-шар, 3-пространство R3). Можете ли вы определить полином Джонса для 1-звеньев в любом 3-многообразии?»

См. раздел 1.1 настоящего документа. [6] для предыстории и истории этой проблемы. Кауфман представил решение в случае многообразия произведений замкнутой ориентированной поверхности и замкнутого интервала путем введения виртуальных 1-узлов. [7] В остальных случаях он открыт. Интеграл по путям Виттена для полинома Джонса формально записан для связей в любом компактном 3-многообразии, но расчет не проводится даже на физическом уровне ни в каком случае, кроме 3-сферы (3-шара, 3-пространства R 3 ). Эта проблема также открыта на уровне физики. В случае полинома Александера эта проблема решена.

с другими Отношения теориями

струн теории Топологические

В контексте теории струн ( теория Черна–Саймонса U N ) на ориентированном лагранжевом 3-подмногообразии M 6-многообразия X возникает как теория струнного поля открытых струн, заканчивающихся на D-бране , обертывающей X в A -модель топологической теории струн на X . Топологическая теория поля открытых струн B-модели на мировом объеме стопки D5-бран представляет собой шестимерный вариант теории Черна – Саймонса, известный как голоморфная теория Черна – Саймонса.

WZW и матричные модели [ править ]

Теории Черна – Саймонса связаны со многими другими теориями поля. Например, если рассматривать теорию Черна–Саймонса с калибровочной группой G на многообразии с краем, то все трехмерные распространяющиеся степени свободы можно измерить, оставив двумерную конформную теорию поля , известную как G Весса–Саймонса. Модель Зумино–Виттена на границе. Кроме того, теории Черна–Саймонса U ( N ) и SO( N ) при больших N хорошо аппроксимируются матричными моделями .

Chern–Simons gravity theory [ edit ]

В 1982 году С. Дезер , Р. Джекив и С. Темплтон предложили теорию гравитации Черна-Саймонса в трех измерениях, в которой действие Эйнштейна-Гильберта в теории гравитации модифицируется путем добавления члена Черна-Саймонса. ( Дезер, Джекив и Темплтон (1982) )

В 2003 году Р. Джекив и С. Я. Пи расширили эту теорию до четырех измерений ( Jackiw & Pi (2003) ), и теория гравитации Черна – Саймонса оказала значительное влияние не только на фундаментальную физику, но также на теорию конденсированного состояния и астрономию.

Четырехмерный случай очень похож на трехмерный случай. В трех измерениях гравитационный член Черна – Саймонса равен

Этот вариант дает тензор Коттона

Затем модификация трехмерной гравитации Черна – Саймонса осуществляется путем добавления вышеуказанного тензора Коттона к уравнению поля, которое можно получить как вакуумное решение путем изменения действия Эйнштейна – Гильберта.

материи Черна Саймонса Теории

В 2013 году Кеннет А. Интрилигатор и Натан Зайберг решили эти трехмерные калибровочные теории Черна – Саймонса и их фазы, используя монополи , несущие дополнительные степени свободы. Индекс Виттена многих обнаруженных вакуумов был вычислен путем компактификации пространства путем включения параметров массы и последующего вычисления индекса. Было вычислено , что в некотором вакууме суперсимметрия нарушается. Эти монополи были связаны с конденсированного вещества вихрями . ( Интрилигатор и Зайберг (2013) )

= N Теория материи Черна–Саймонса с 6 является голографической двойственной М-теорией на .

Четырехмерная теория Саймонса Черна

В 2013 году Кевин Костелло определил тесно связанную теорию, определенную на четырехмерном многообразии, состоящем из произведения двумерной «топологической плоскости» и двумерной (или одной комплексной размерной) комплексной кривой. [8] Позже он изучил теорию более подробно вместе с Виттеном и Масахито Ямадзаки. [9] [10] [11] демонстрируя, как калибровочная теория может быть связана со многими понятиями теории интегрируемых систем , включая точно решаемые решеточные модели (такие как модель с шестью вершинами или спиновая цепочка XXZ ), интегрируемые квантовые теории поля (такие как модель Гросса – Неве , принципиальная киральная модель и симметричные пространственные смежные сигма-модели ), уравнение Янга–Бакстера и квантовые группы, такие как Янгиан , которые описывают симметрии, лежащие в основе интегрируемости вышеупомянутых систем.

Действие на 4-многообразии где является двумерным многообразием и это сложная кривая

где является мероморфной формой на .

Черна – Саймонса в других теориях Термины

Термин Черна-Саймонса также можно добавить к моделям, которые не являются топологическими квантовыми теориями поля. В 3D это порождает массивный фотон , если этот член добавить к действию теории электродинамики Максвелла . Этот член может быть получен путем интегрирования по массивному заряженному полю Дирака . Это также проявляется, например, в квантовом эффекте Холла . Добавление члена Черна–Саймонса в различные теории приводит к решениям вихревого или солитонного типа. [12] [13] Десяти- и одиннадцатимерные обобщения термов Черна–Саймонса проявляются в действиях всех десяти- и одиннадцатимерных супергравитации теорий .

Однопетлевая перенормировка уровня [ править ]

Если добавить материю в калибровочную теорию Черна – Саймонса, то она, вообще говоря, перестанет быть топологической. Однако если добавить n майорановских фермионов , то из-за аномалии четности они при интегрировании приведут к чистой теории Черна–Саймонса с однопетлевой перенормировкой уровня Черна–Саймонса на − n /2, другими словами, Теория уровня k с n фермионами эквивалентна теории уровня k n /2 без фермионов.

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

Специфический
  1. ^ Перейти обратно: а б Виттен, Эдвард (1989). «Квантовая теория поля и полином Джонса» . Связь в математической физике . 121 (3): 351–399. Бибкод : 1989CMaPh.121..351W . дои : 10.1007/BF01217730 . МР   0990772 . S2CID   14951363 .
  2. ^ Фридман, Майкл Х.; Китаев, Алексей; Ларсен, Майкл Дж.; Ван, Чжэнхань (20 сентября 2002 г.). «Топологические квантовые вычисления». arXiv : Quant-ph/0101025 .
  3. ^ Ван, Чжэнхань. «Топологические квантовые вычисления» (PDF) .
  4. ^ Элицур, Шмуэль ; Мур, Грегори ; Швиммер, Адам ; Зайберг, Натан (30 октября 1989 г.). «Замечания о каноническом квантовании теории Черна-Саймонса-Виттена». Ядерная физика Б . 326 (1): 108–134. Бибкод : 1989NuPhB.326..108E . дои : 10.1016/0550-3213(89)90436-7 .
  5. ^ Атья, Майкл (1990). «Об оснащениях 3-многообразий» . Топология . 29 (1): 1–7. дои : 10.1016/0040-9383(90)90021-б . ISSN   0040-9383 .
  6. ^ Кауфман, Л.Х.; Огаса, Э; Шнайдер, Дж (2018). «Вращающаяся конструкция для виртуальных 1-узлов и 2-узлов, а также волокнистая и сварная эквивалентность виртуальных 1-узлов». arXiv : 1808.03023 [ math.GT ].
  7. ^ Кауфман, Л.Е. (1998). «Теория виртуального узла». arXiv : math/9811028 .
  8. ^ Костелло, Кевин (2013). «Суперсимметричная калибровочная теория и янгиан». arXiv : 1303.2632 [ шестнадцатый ].
  9. ^ Костелло, Кевин; Виттен, Эдвард; Ямадзаки, Масахито (2018). «Калибровочная теория и интегрируемость, I». Извещения о Международном конгрессе китайских математиков . 6 (1): 46–119. arXiv : 1709.09993 . дои : 10.4310/ICCM.2018.v6.n1.a6 .
  10. ^ Костелло, Кевин; Виттен, Эдвард; Ямадзаки, Масахито (2018). «Калибровочная теория и интегрируемость, II». Извещения о Международном конгрессе китайских математиков . 6 (1): 120–146. arXiv : 1802.01579 . дои : 10.4310/ICCM.2018.v6.n1.a7 . S2CID   119592177 .
  11. ^ Костелло, Кевин; Ямадзаки, Масахито (2019). «Калибровочная теория и интегрируемость, III». arXiv : 1908.02289 [ геп-й ].
  12. ^ Ким, Сонгтаг; Ким, Юнбай (2002). «Самодвойственные вихри Черна – Саймонса на римановых поверхностях». Журнал математической физики . 43 (5): 2355–2362. arXiv : math-ph/0012045 . Бибкод : 2002JMP....43.2355K . дои : 10.1063/1.1471365 . S2CID   9916364 .
  13. ^ Наварро-Лерида, Франциско; Раду, Ойген; Чракян, Д.Х. (2017). «Влияние динамики Черна-Саймонса на энергию электрически заряженных и вращающихся вихрей». Физический обзор D . 95 (8): 085016. arXiv : 1612.05835 . Бибкод : 2017PhRvD..95h5016N . дои : 10.1103/PhysRevD.95.085016 . S2CID   62882649 .

Внешние ссылки [ править ]

Arc.Ask3.Ru: конец оригинального документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: F64C922591C689BA0EE0D27B47D6592C__1715692860
URL1:https://en.wikipedia.org/wiki/Chern-Simons_field_theory
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Chern–Simons theory - 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 не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, денежную единицу можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)