"gamma group" omdirigerar hit. För övervakningsteknikföretaget, se Gamma Group .
Inom matematisk fysik generaliserar högredimensionella gammamatriser till godtycklig dimension de fyrdimensionella gammamatriserna i Dirac , som är en stöttepelare i den relativistiska kvantmekaniken. De används i relativistiskt invarianta vågekvationer för fermioner (som spinorer) i godtyckliga rum-tidsdimensioner, särskilt i strängteori och supergravitation. Weyl -Brauer-matriserna ger en explicit konstruktion av högre dimensionella gammamatriser för Weyl-spinorer . Gammamatriser förekommer också i generiska inställningar i Riemannsk geometri , särskilt när en spinnstruktur kan definieras.
med positiva poster, negativa poster, och a , b = 0, 1, ..., d − 1 . Ställ in N = 2
⌊ 1 / 2 d ⌋ . Standard Dirac-matriserna motsvarar att ta d = N = 4 och p , q = 1, 3 eller 3, 1 .
I högre (och lägre) dimensioner kan man definiera en grupp , gammagruppen , som beter sig på samma sätt som Dirac-matriserna . Närmare bestämt, om man väljer en bas för den (komplexiserade) Clifford-algebran genereras av är isomorf till den multiplikativa undergruppen som genereras av baselementen (ignorerar den additiva aspekten av Clifford-algebra).
Enligt konvention realiseras gammagruppen som en samling matriser, gammamatriserna, även om gruppdefinitionen inte kräver detta. I synnerhet kräver många viktiga egenskaper, inklusive C , P och T symmetrierna ingen specifik matrisrepresentation, och man får en tydligare definition av kiralitet på detta sätt. Flera matrisrepresentationer är möjliga, några ges nedan och andra i artikeln om Weyl-Brauer-matriserna . I matrisrepresentationen är spinorerna -dimensionella, med gammamatriserna som verkar på spinorerna. En detaljerad konstruktion av spinorer ges i artikeln om Clifford algebra . Jost tillhandahåller en standardreferens för spinorer i den allmänna miljön för Riemmannsk geometri.
Gamma grupp
De flesta egenskaperna hos gammamatriserna kan fångas av en grupp , gammagruppen . Denna grupp kan definieras utan hänvisning till de reella talen, de komplexa talen, eller till och med någon direkt vädjan till Clifford algebra . Matrisrepresentationerna för denna grupp ger sedan en konkret realisering som kan användas för att specificera gammamatrisernas verkan på spinorer . För dimensioner beter sig matrisprodukterna precis som de konventionella Dirac-matriserna . Pauli -gruppen är en representation av gammagruppen för även om Pauli-gruppen har fler relationer (är mindre fri ); se anteckningen om det kirala elementet nedan för ett exempel. Kvaternionerna ger en representation ,
Det finns en samling generatorer indexerade med med
De återstående generatorerna lyder
Antikommutatorn definieras som för
Dessa generatorer definierar helt gammagruppen. Det kan visas att för alla att och så Varje element kan skrivas unikt som en produkt av ett ändligt antal generatorer placerade i kanonisk ordning som
med indexen i stigande ordning
och Gammagruppen är ändlig och har högst element i sig .
Gammagruppen är en 2-grupp men inte en vanlig p-grupp . Kommutatorundergruppen (härledd undergrupp) är [ därför är det är inte en kraftfull p-grupp . I allmänhet har 2-grupper ett stort antal involutioner ; gammagruppen gör likadant. Tre speciella pekas ut nedan, eftersom de har en specifik tolkning i sammanhanget av Clifford algebras , i samband med representationerna av gammagruppen (där transposition och hermitisk konjugation bokstavligen motsvarar dessa åtgärder på matriser), och i fysik , där "huvudinvolutionen" motsvarar en kombinerad P-symmetri och T-symmetri .
Transponering
Givet element i genereringsmängden för gammagruppen, ges transponeringen eller omkastningen av
Om det finns element alla distinkta, då
Hermitisk konjugation
En annan automorfism av gammagruppen ges genom konjugering, definierad på generatorerna som
kompletterat med och För allmänna element i gruppen tar man transponeringen: Av transponeringsegenskaperna följer att för alla element att antingen eller att det vill säga alla element är antingen hermitiska eller enhetliga.
Om man tolkar dimensionerna som "tidsliknande" och dimensionerna som "rymdliknande", så motsvarar detta P-symmetri i fysik. Att detta är den "korrekta" identifieringen följer av de konventionella Dirac-matriserna, där är associerad med den tidsliknande riktningen, och de rumsliga riktningarna, med den "konventionella" (+−−−) metriken. Andra metriska och representativa val föreslår andra tolkningar.
Huvudinvolution
Huvudinvolutionen är kartan som "vänder" generatorerna: } men lämnar ensam: Denna karta motsvarar den kombinerade P-symmetrin och T-symmetrin i fysiken; alla riktningar är omvända.
Kiralt element
Definiera det kirala elementet som
där . Det kirala elementet pendlar med generatorerna som
Det kvadrerar till
För Dirac-matriserna motsvarar det kirala elementet alltså dess namn, eftersom det spelar en viktig roll för att särskilja spinorernas kiralitet.
För Pauli-gruppen är det kirala elementet medan för gammagruppen , man kan inte härleda något sådant samband för annat än att det kvadrerar till Detta är ett exempel på där en representation kan ha fler identiteter än den representerade gruppen. För kvaternionerna , som ger en representation av är det kirala elementet
Laddningskonjugering
Ingen av ovanstående automorfismer (transponera, konjugering, huvudinvolution) är inre automorfismer ; det vill säga att de inte kan representeras i formen för vissa befintliga element i gammagruppen, som presenterats ovan. Laddningskonjugering kräver att gammagruppen utökas med två nya element; enligt konvention är dessa
och
Ovanstående relationer är inte tillräckliga för att definiera en grupp; och andra produkter är obestämda.
Matrisrepresentation
Gammagruppen har en matrisrepresentation som ges av komplexa matriser med och och golvfunktionen , det största heltal mindre än Grupppresentationen för matriserna kan skrivas kompakt i termer av antikommutatorrelationen från Clifford-algebra Cℓ p , q ( R )
där matrisen IN . är identitetsmatrisen i N dimensioner Transposition och hermitisk konjugation motsvarar deras vanliga betydelse på matriser.
Laddningskonjugering
För resten av denna artikel antas det att och så . Det vill säga att Clifford-algebran Cℓ 1 , d −1 ( R ) antas. I det här fallet har gammamatriserna följande egenskap under hermitisk konjugation ,
Transponering kommer att betecknas med en mindre ändring av notationen, genom att mappa där elementet till vänster är det abstrakta gruppelementet, och det till höger är den bokstavliga matrisen transponera .
Som tidigare genererar generatorerna Γ a , −Γ a T , Γ a T alla samma grupp (de genererade grupperna är alla isomorfa , operationerna är fortfarande involutioner ). Men eftersom Γ a nu är matriser, blir det rimligt att fråga sig om det finns en matris som kan fungera som en likhetstransformation som förkroppsligar automorfismerna. I allmänhet kan en sådan matris hittas. Enligt konvention finns det två av intresse; i fysiklitteraturen, båda hänvisade till som laddningskonjugationsmatriser . Detta är uttryckligen
De kan konstrueras som verkliga matriser i olika dimensioner, som följande tabell visar. I jämn dimension finns både , i udda dimension bara en.
d
Observera att är ett grundval.
Symmetriegenskaper
Vi betecknar en produkt av gammamatriser med
och notera att anti-kommuteringsegenskapen tillåter oss att förenkla en sådan sekvens till en där indexen är distinkta och ökar. Eftersom distinkt anti-pendling motiverar detta införandet av ett antisymmetriskt "genomsnitt". Vi introducerar de antisymmetriserade produkterna av distinkta n -tupler från 0, ..., d − 1:
där π löper över alla permutationer av n symboler, och ϵ är det alternerande tecknet . Det finns 2 d sådana produkter, men endast N 2 är oberoende och spänner över rymden av N × N matriser.
För även d kan man ytterligare definiera den hermitiska kirala matrisen
så att {Γ chir , Γ a } = 0 och Γ chir 2 = 1 . (I udda dimensioner skulle en sådan matris pendla med alla Γ a s och skulle därmed vara proportionell mot identiteten, så den beaktas inte.)
En Γ- matris kallas symmetrisk if
annars, för ett −-tecken, kallas det antisymmetriskt.
I det föregående uttrycket kan C vara antingen eller . I udda dimension finns det ingen tvetydighet, men i jämn dimension är det bättre att välja vilken av eller tillåter Majorana-spinorer. I d = 6 finns inget sådant kriterium och därför tar vi hänsyn till båda.
d
C
Symmetrisk
Antisymmetrisk
Identiteter
Beviset på spåridentiteterna för gammamatriser gäller för alla jämna dimensioner. Man behöver därför bara komma ihåg 4D-fallet och sedan ändra den totala faktorn 4 till . För andra identiteter (de som involverar en sammandragning) kommer explicita funktioner för att visas.
Även när antalet fysiska dimensioner är fyra, är dessa mer allmänna identiteter allestädes närvarande i slingberäkningar på grund av dimensionell regularisering .
och man kan lätt kontrollera att laddningskonjugationsmatriserna är det
Man kan slutligen definiera den hermitiska kirala γ- chiren som
Generisk jämn d = 2 k
Man kan nu konstruera Γ a , ( a = 0, ... , d + 1) , matriser och laddningskonjugationerna C (±) i d + 2 dimensioner, med utgångspunkt från γ a' , ( a' = 0, ... , d − 1 ), och c (±) matriser i d -dimensioner.
Explicit,
Man kan sedan konstruera laddningskonjugationsmatriserna,
med följande egenskaper,
Med utgångspunkt från teckenvärdena för d = 2, s (2,+) = +1 och s (2,−) = −1, kan man fixera alla efterföljande tecken s ( d ,±) som har periodicitet 8; uttryckligen, finner man
+1
+1
−1
−1
+1
−1
−1
+1
Återigen kan man definiera den hermitiska kirala matrisen i d +2 dimensioner som
som är diagonal genom konstruktion och transformeras under laddningskonjugering som
Det är således uppenbart att {Γ chir , Γ a } = 0.
Generisk udda d = 2 k + 1
Betrakta den tidigare konstruktionen för d − 1 (som är jämn) och ta helt enkelt alla Γ a ( a = 0, ..., d − 2) matriser, till vilka lägger dess i Γ chir ≡ Γ d −1 . ( I :et krävs för att ge en antihermitisk matris och sträcka sig in i det rymdliknande måttet).
Beräkna slutligen laddningskonjugationsmatrisen: välj mellan och , på ett sådant sätt att Γ d −1 transformerar som alla andra Γ- matriser. Explicit, kräva
När dimensionen d varierar, upprepar mönster sig vanligtvis med period 8. (jfr Clifford algebra-klockan .)
Pietro Giuseppe Frè (2012). "Gravity, en geometrisk kurs: Volym 1: Utveckling av teorin och grundläggande fysiska tillämpningar." Springer-Verlag. ISBN 9400753608 . Se sid 315ff.