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

Group_theory_lecture

.pdf
Скачиваний:
143
Добавлен:
03.06.2015
Размер:
2.02 Mб
Скачать

То,что этот вектор действи тельно образует1-мерное инвариантное подпространство следует из того факта,что ∆Sи ∆Sz также равны нулю на этом векторе.

Заметим,что состояния(3.5.22)яв ляются симметричными комбинациями про- изведений2-векторов(3.5 .16),в то время как(3.5.24) –антисимметричен.

Теперь общая процедура выделения неприводимых подпространств из Vn может быть описана следующим образом.Рассмотрим башню из базисных векторов

в Vn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|↑↑ . . . ↑

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m = n/2

 

 

 

 

 

8

 

9:. .

.

 

;

,

 

 

. . .

 

 

 

. . . ,

 

 

 

 

. . .

 

 

m = n/2 1

 

 

 

 

|↓↑

n

 

|↑↓↑

 

 

 

 

|↑↑

 

 

↑↓

 

 

 

 

 

 

8

 

9:

 

 

;

 

8

 

9:

 

 

;

 

 

8

 

 

9:

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

............................................

 

 

 

 

 

 

.......

 

 

 

 

 

 

|↑↓ . . . ↓ ,

|↓↑↓ . . . ↓ . . . , |↓↓ . . . ↓↑

m = −n/2 + 1

 

 

8

 

9:. .

.

 

;

 

8

 

9:

 

;

 

 

8

 

 

9:

 

;

m = n/2

 

 

 

 

|↓↓

n

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

9:

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Возьмем вектор со старшим весом |↑↑ . . . ↑ с m

= n/2,

в котором все спины

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

направлены вверх.Это означает,что

 

оператор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8 9:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n(S+) = S+ 1 . . . 1 + 1 S+ 1 . . . 1 + . . . + 1 · · · 1 S+

8

 

 

 

 

9:

 

 

 

;

 

8

 

 

 

 

9:

 

 

 

 

;

8

 

9:

 

;

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

≡ S1+ + S2+ + . . . + Sn+ .

(3.5.25) dnsp

(в последней строке мы использовали краткие обозначения)равен нулю на этом

векторе.Подействуем на |↑↑ . . . ↑ понижающим оператором

8 9: ; n

n(S) = S1 . . . 1 + 1 S1 . . . 1 + . . . + 1 · · · 1 S

8

 

9:

 

; 8

 

9:

 

;

8

 

9:

 

;

 

 

 

n

 

 

n

 

 

 

n

 

≡ S1+ S2+ . . . + Sn,

(3.5.26) dnsm

в результате чего получаем вектор как симметричную линейную комбинации векторов с m = n/2 −1, и т . д . После действия(∆n(S))k мы получаем симметричный вектор с m = n/2 − k. Процедура остановится на шаге k = n.

Затем,мы берем произвольный оставшийся вектор в Vn с проекцией спина на ось z равной m = n/2 − 1 (собственный вектор оператора Sz с собственным

121

значением (n/2 − 1)):

|n/2 − 1, n/2 − 1 = a1| ↓↑ . . . ↑ + a2| ↑↓↑ . . . ↑ + . . . + an| ↑ . . . ↑↓

и налагаем на него условие старшего веса

 

n(S+)|n/2 − 1, n/2 − 1 = 0 ,

где ∆n(S+) определено в(3.5.25).Это условие фиксирует параметры ai в опре -

делении вектора |n2

− 1, n2 − 1 как a1 + a2 + . . . + an = 0 в силу(3.5.20).Т.е.мы

можем выбрать a1

= −a2 ai = 0 ( i > 2) или a2 = −a3 a1, ai = 0 ( i > 2) и

т.д..Т.о.,мы получаем n − 1 различных независимых векторов со старшим весом m = n/2 − 1 и спином j = n/2 − 1. Все эти старшие вектора порождают идентичные n−1-размерные НП.Действите льно,как мы видели выше,антисимметричную комбинацию ↓↑ − ↑↓ можно рассматривать как скаляр и в результате получить

 

 

 

 

 

2

|

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

|↑

n−2

 

 

 

 

 

 

 

 

....

↓↑ −|

 

 

 

 

↑↓

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

....

 

....

....

 

 

....

 

 

 

 

 

или в более общем виде

 

8

 

 

9:

 

 

 

;

 

8

 

 

9:

 

 

;

 

8

 

 

9:

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k)

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.5.27) norm33

 

 

 

 

 

(Sik

− Sjk )|↑ ....

↑ =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2m |n/2 − 1, n/2 − 1 ,

 

 

(фактор

 

 

 

 

=0

 

 

 

 

8

 

9:

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

введен для правильной нормировки векторов в левой и правойча

2m

стях).Далее,мы действуем на вектор

|↑

....

↑ понижающими операторами

(∆n−2(S))k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k = 1, . . . , n

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n−2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-мерное

 

 

 

 

с спомощью(3.5.20),и

8 9:

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пространство со спином j = n/2−1. Далее, мы выделяем вектор со старшим весом в пространстве Vn с проэкцией m = n/2−2 и действуя понижающими операторами порождаем n − 2-мерное инвариантное подпространство со спином j = (n/2 − 2), и т . д .

Т.о.,в пространстве произведений n 2-мерных пространств со спином 1/2 мы получаем инвариантные подпространства со спинами j = n/2, n/2 − 1, . . . 1/2 или 0 в зависимости от того является число n четным или нечетным.Размерность этих пространств,как мы знаем,равна 2j + 1. Эта процедура также показывает,что наиболее удобные обозначения для базисных векторов есть |j, m , где j -

обозначает полный спин и соответсвует собств.значению

j(j + 1) оператора J2,

и т . о . фиксирует НП, mи = −j, −j + 1, . . . , j − 1, j

перечисляет базис в НП с

фиксированным спином j.

 

122

Теперь мы определим эрмитово сопряжение на алгебре sl(2): (S±)= S , H= H и введем нормированные базисные состояния

|j, m = aj,m(S1+ . . . + S2j)j−m|↑ . . . ↑ ,

где(см. (3.4.30))

*(j (j m)! (2j)!+

8

 

9:2j

 

;

,

 

 

 

aj,m =

 

 

 

 

+ m)!

1/2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

такие,что j, m|j, m = δmm. Рассмотрим произведение двух базисных векторов из НП со спинами j1 и j2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|j1m1 |j2m2 =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= a

 

a

j2,m2

(S

+ . . . + S

)j1−m1 (S

 

 

+ . . . + S

 

)j2

−m2

|↑

. . .

j1,m1

 

 

1

 

 

 

2j1

 

 

 

 

2j1+1

 

 

 

 

 

2j1+2j2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+2j

2;

Затем,разложение типа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

82j19:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(S

+ . . . + S

)j1−m1 (S

+ . . . + S

 

)j2−m2

|↑

. . .

=

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2j1

 

 

2j1+1

 

 

 

 

 

 

 

2j1+2j2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+2j

2;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

82j19:

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

j m j m ; j m

(S

+ . . . + S

)j3−m3

 

 

 

. . .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j3

 

3 3

| 1 1 2 2

 

1

 

 

 

 

2j3

 

 

|↑

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2j

 

 

 

 

 

 

 

 

m3

=m +m

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

'1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9:

 

 

 

 

 

дает нам коэффициенты Клебша-Гордана

 

j3m3|j1m1; j2m2 для группы su(2).

Пример. Рассмотрим произведение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|1, 0 |1, 1 = a1,0(S1+ S2)| ↑↑ a1,1| ↑↑ = a1,0(S1+ S2)| ↑↑↑↑ =

= a1,0

2

1

(S1+ S2+ S3+ S4) +

1

(S1− S3) +

1

(S2− S4)3

| ↑↑↑↑ =

 

 

 

2

2

2

 

 

 

 

= a1,0 ,

 

1

|2, 1 + |1, 1 -

 

1

 

(|2, 1 + |1, 1 ) ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2a2,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где мы приняли во внимание нормировку(3.5.27).

Подход4.

Теперь мы обсудим еще один способ явного вычисления коэффициентов Клебша- Гордана–так называемый метод экстрема льного проектора.Эк стремальный проектор для случая алгебры Ли sl(2) был введен в работах П.-О.Лҷвдина и Дж. Шапиро[24].Для алгебр sl(N) и остальных простых алгебр Ли экстремальные

123

проекторы были построены и изучены в работах.МР.Ашеровой,В.Н.Толстова и Ю.Ф.Смирнова 10 (см.,например, [25], [26]и ссылки,приведенные там).

Предложение. Для расширенной обертывающей алгебры Ли sl(2) (3.4.13)рассмотрим формальный ряд

P =

ek

ek

(−1)k (2 H + 1)!

(−1)k (2 H + 1)!

ek ek

,

 

k)

 

 

 

 

)

 

− +

 

(3.5.28)

 

=0

+ k! (2H + k + 1)! k=0 k! (2H + k + 1)!

 

(2 H+k+1)!

:= (2H +k+1)·(2H +k) · · ·(2 H +2). Оператор(3.5.28)удовлетворяет

где (2H+1)!

соотношениям

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e+ P = 0 = P e,

 

 

(3.5.29)

и является проектором

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(P )2 = P .

 

 

(3.5.30)

Доказательство.

Рассмотрим формальный ряд

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k)

ek

ek Xk(H) ,

 

 

(3.5.31)

 

 

 

 

P :=

 

 

 

 

 

=0

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Соотношения(3.5.29),с учетом тождес

тва(3.4.18),приводят к следующим урав-

нениям на коэффициенты Xk(H):

 

 

 

 

 

 

prtol

pro2

pro3

prtol1

 

 

 

k (2 H + k + 1) Xk(H) + Xk−1(H) = 0 ,

 

которые решаются в виде

 

 

 

 

 

 

X

(H) = X

(H)

(−1)k

(2 H + 2)

X

(H)

(−1)k(2 H + 1)!

,

k

0

 

k! (2H + k + 1)

· · ·

0

 

k! (2H + k + 1)!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где из условия (P )2 = P следует,что

X0(H) = 1.

 

 

 

(3.5.32) solxn

Q.E.D.

Из равенств(3.5.29),с учетом(3.4.30)и(3.4.32),следует,что для любого представления T j мы имеем

 

 

P |j, m = δm,j |j, j ,

'm

(3.5.33) prok3

 

P

проецирует любое состояние

cm

j, m , в

и это означает, что проектор

 

(3.5.28)

j

 

|

 

пространстве неприводимого представления T

 

, на старший вектор cj |j, j . С дру-

гой стороны действие проектора P (3.5.28)на любой вектор |m из пространства

10Автор имел удовольствие слушать курс лекций проф.Ю.Ф.Смирнова по теории групп в Московском университете.Естественно,что Ю.Ф.излагал способ вычисления коэффициентов Клебша-Гордана,основанный на использовании экстремального проектора.Соответственно,автор этих строк смог сдать зачет только с четвертого подхода.

124

приводимого представления < T j :

j≥m

)

H|m = m|m | m := c˜j |j, m ,

j≥m

вырезает состояние P |m = c˜m|j = m, m .

Замечание.

Пользуясь автоморфизмом e+ ↔ e, H → −H алгебры sl(2) (3.4.13)

 

мы можем переписать(3.5.28)и(3.5.29)в следующем виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P :=

(−1)k(−2 H + 1)!

ek

ek ,

(P )2 = P ,

(3.5.34)

prtols

 

 

 

 

 

=0 k! (

2H + k + 1)!

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

P = 0 = P e+ ,

 

 

 

(3.5.35)

pros2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и,т.о.,определить проектор

P

на"низшее"состояние:

P |j, m = δm,−j |j, −j .

 

Учитывая формулы(3.4.18)и(3.5.29)мы получаем

 

 

 

 

 

 

 

e+k ek P = k(2H − k + 1)e+k−1ek−1 P = . . . = k!(2H − k + 1) · · ·(2H) P =

 

k!(2H)!

 

 

 

P .

 

(2H − k)!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.5.36)

prok2

Пользуясь этими соотношениями легко показать,что операторы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pk = C(H, k) ek

P ek

,

 

 

(3.5.37)

prok

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

где C(H, k) =

(2H+k)!

, также являются проекторами Pk2 = Pk. Действительно, из

 

k!(2H+2k)!

 

 

(3.5.36)и очевидного равенства

[H, P ] = 0, следует тождество

 

 

 

 

 

k k k

 

k

k

 

k!(2H)!

k

k

k!(2H)!

k

1

 

k k

 

eP e+eP e+

= eP

 

P e+

= e

 

P e+ =

 

eP e+ ,

 

(2H − k)!

(2H − k)!

C(H, k)

 

которое эквивалентно Pk2 = Pk. Подействуем проектором Pk на состояние |j, m . В

 

результате получаем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pk |j, m = C(H, k) ek P e+k |j, m = C(m, k) ek P e+k |j, m = δk,j−m |j, j − k ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.5.38)

prok4

где мы учли равенства:

ek+ |j, m |j, m + k (k ≤ j − m) , ek+ |j, m = 0 (k > j − m) ,

e+

 

|j, m =

6C(m,j−m) |j, j ,

e

 

|j, j =

6C(m,j−m) |j, m ,

j

m

 

 

 

1

 

 

j

m

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

C(m, j − m) =

 

(j+m)!

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2j)!(j−m)!

 

 

 

 

 

(см. (3.4.30),(3.4.32))Формула. (3.5.38)обобщает(3.5.33)и показывает,что

– проектор на состояние |j, m .

(3.5.39) prok4a

Pj−m

125

Обобщим все введенные выше проекторы.Для этого рассмотрим операторы

(ср.с(3.5.37))

66

 

Pk,m =

C(H, k) ek

P em

C(H, m) ,

(3.5.40) prok5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

k = k

 

 

 

 

P ek ekP =

Для операторов(3.5.40)имеем

P

 

 

 

P

 

= 0

если

(это следует из

 

n,k

 

k,m

 

 

 

̸

+ −

0 (k = k)

в силу(3.5.29)),а при

 

k = k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

̸

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

en P e+k C(H, k) ek P e+m

6

 

=

 

 

Pn,k Pk,m =

C(H, n)

C(H, m)

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= C(H, n) enP em+ C(H, m) = Pn,m .

Т.о.,окончательно имеем

Pn,k Pk,m = δk,kPn,m ,

(3.5.41) prok6

и,соответственно,легко получить,что действие таких операторов на любое-со стояние имеет вид

6

 

 

 

6

 

 

 

Pn,k |j, m = C(H, n) en P e+k

 

C(H, k) |j, m =

6

 

 

 

 

 

 

(3.5.42) prok7

=C(m, k) C(m − n + k, n) enP ek+ |j, m = δm+k,j |j, j − n .

Для того,чтобы вычислить ККГ по формуле(3.5.11),выразим вектор связанного базиса |j1j2; jm как результат действия"проектора"(3.5.40)на вектор несвязанного базиса.Согл асно(3.5.42)получаем

|

j1j2; jm

 

=

1

∆(Pj

 

m,j

 

m

 

m

)

j1m

|

j2m

 

,

(3.5.43)

Q

 

 

 

 

1

2

|

1

2

 

 

где Q - нормировочная константа и ∆ - коумножение(3.5.18).Т . о ., из (3.5.11)мы получаем

 

j1m1, j2m2

|

j1j2; jm

=

1

 

j1m1

|

j2m2

|

∆(Pj

 

m,j

m

m)

j1m

 

j2m

.

 

(3.5.44)

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2 |

1 |

2

 

 

 

Т.к.проекции

m1и m2в (3.5.43), (3.5.44)можно выб рать любыми(с единственным

условием 1

 

 

2

 

),то для простоты мы выберем

1

1 и

 

2

 

1. Тогда

 

m

+ m

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m= j

m= j

j

 

проектор в(3.5.43), (3.5.44)упрощается и(3.5.43)переписывается в виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|j1j2; jm =

1

∆(Pj−m,0) |j1 j1 |j2 j − j1 ,

 

 

 

 

(3.5.45)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q

 

 

 

 

после чего нормировочный множитель определяется по формуле

 

 

 

 

 

 

 

 

Q2 = j1 j1| j2 j − j1| ∆(P ) |j1 j1 |j2 j − j1 ,

 

 

 

 

(3.5.46)

prok8

prok9

prok10

prok11

126

где мы учли равенство P0,j−mPj−m,0

= P (3.5.41),а общее выражение для ККГ

можно записать в виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j m , j m j j ; jm =

 

j1m1| j2m2|∆(Pj−m,0) |j1 j1 |j2 j − j1

.

(3.5.47) prok12

 

1 1 2

2| 1 2

 

 

 

j1 j1| j2 j − j1|∆(P ) |j1 j1 |j2 j − j1 1/2

Вычислим явные выражения для ККГ(3.5

.47).Сначала вычислим числитель,

пользуясь формулами(3.4.31), (3.4.32)и тем фактом,что

 

 

 

∆ – гомоморфизм, а

также тем,что в правой"обкладке"фигурирует старший вектор

|j1 j1 :

 

 

∆(Pj−m,0) |j1 j1 |j2 j − j1 = 6

 

∆(e)j−m ∆(P )|j1 j1 |j2 j − j1 =

 

C(H, j − m)

 

= 6

 

 

 

∆(e)

 

k=0 k!(2j+k+1)! ∆(e) ∆(e+) |j1 j1 |j2 j j1 =

 

C(m, j − m)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j m

'

k

 

k

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( 1)k (2j+1)!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 6C(m, j − m) ∆(e)

k=0 k!(2j+k+1)!

∆(e) |j1 j1 (e+|j2 j − j1 ) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

'

1) (2j+1)!

 

 

k

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m (

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(j+m)!

 

 

 

 

(j2+j−j1+k)!(j2+j1−j)!

 

k+j

 

m

 

 

 

 

 

 

 

( 1)k (2j+1)!

 

 

 

 

 

 

 

 

=

7

(2j)!(j−m)!

k=0 k!(2j+k+1)!

7(j2−j+j1−k)!(j2−j1+j)! ∆(e)

 

 

|j1 j1

|j2 j − j1

+ k .

Т.о.,для вычисления числителя(3в.5.47)необходимо,пользуясь равенством

m =

m1 + m2, формулой бинома Ньютона и ортогональностью базисных векторовj1m1|er|j1 j1 δr,j1−m1 , вычислить свертку

 

j1m1| j2m2|∆(e)k+j−m|j1 j1 |j2 j − j1 + k =

= j1m1| j2m2

|

r=0

Cr

 

 

 

 

,e

e

 

 

− − -

|j1 j1 |j2 j −

 

 

j−m+k

j

m+k r

k+j

m r

 

 

= Cj1−m1

7

'

 

 

 

j2m2

| e

 

 

 

 

 

 

|j2 j − j1 +

(j1+m1)!

 

 

 

 

 

 

 

j−m+k

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

(2j1)!(j1−m1)!

 

 

 

k+j−m2−j1

 

 

 

(j−m+k)!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

7

(2j1)!(j1−m1)!

7

(j2

+j−j1+k)!(j2−m2)!

 

(j1−m1)!(j−j1−m2+k)!

(j1+m1)!

(j2

−j+j1−k)!(j2+m2)!

Т.о.,окончательно мы получаем(ср.с формулой(5.13)в[26])

j1 + k

k

.

j1m1| j2m2|∆(Pj−m,0) |j1 j1 |j2 j − j1 =

= (2j + 1)7

 

(2j)!(j+m)!(j2+j1−j)!(j2−m2)!(2j1)!

 

 

(−1)k

 

(j−m+k)!(j2+j−j1+k)!

 

(j−m)!(j2−j1+j)!(j2+m2)!(j1−m1)!(j1+m1)!

k=0

k!(2j+k+1)!

 

(j−j1−m2+k)!(j2−j+j1−k)!

 

nomin

 

 

 

 

 

 

 

 

'

 

 

 

 

(3.5.48)

Положим в этой формуле m1 = j1, m2 = j −j1 и,соответственно, m = m1 +m2 = j.

 

В результате получаем выражение

 

 

 

k'

 

 

 

 

 

 

| − |

|

|

 

 

 

(−1)k

− −

 

 

 

 

 

 

 

(2j+1)!(j2

+j1−j)! j1+j2−j

 

(j2+j−j1+k)!

 

j1j1

j2j j1 ∆(P ) j1 j1

j2 j

j1 =

(j2 j1

+j)!

=0

 

 

k!(2j+k+1)!

(j2 j+j1 k)! ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.5.49)

nomin2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

которое определяет нормировочную константу Q (3.5.46).

127

Эту константу можно вычислить непосредственно другим способом.Из определения P (3.5.28)мы получаем для правой части(3.5.46)выражение

j1j1| j2j − j1|∆(P ) |j1 j1 |j2 j − j1 = j2j − j1|Pj|j2 j − j1 =

 

(j+j2−j1)!

 

 

 

 

 

 

 

j2+j1−j

 

 

 

 

j2+j1−j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(j+j2−j1)!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

(2j2)!(j1+j2−j)!

j2j2|e+

 

 

 

Pj e

 

 

 

 

 

 

|j2 j2

=

(2j2)!(j1+j2−j)!

 

X(j2, j, j2 + j1 − j) ,

nomin3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.5.50)

где мы использовали обозначения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'

 

(−1)k (2 j+1)!

k

 

 

 

k

- ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pj = k=0 , k! (2j+k+1)!

ee+

 

 

X(j2, j, m) = j2j2|e+

Pj e|j2 j2 .

(3.5.51)

nomin3a

Из соотношений(3.4.13), (3.4.18)следует тождество

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( 1)k (2 j+1)!

 

k

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

e+ Pj

= k=0

 

k! (2j+k+1)!

,k e

 

(2 H − k + 1) + ee+-e+ =

 

 

 

(3.5.52)

nomin4

 

 

k'

' k

(2 j+1)! (2j−2H+2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2j−2H+2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(−1)

 

 

k

 

k+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= =0

 

 

 

 

k! (2j+k+2)!

 

 

 

ee+

 

 

=

 

(2j+2)

 

Pj+1/2

e+ .

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим теперь функцию X(j2, j, m) (3.5.51),для которой получим разностное

 

уравнение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m 1 (2j−2H+2)

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

X(j2, j, m) = j2j2|e+

Pj

e

|j2 j2 =

j2j2|e+

 

(2j+2)

 

 

Pj+1/2 e+ e|j2 j2 =

 

=

(2j+2)

 

 

j2j2|e+

 

Pj+1/2

,me

 

(2H − m + 1) + ee+- |j2 j2 =

 

 

 

(2j−2j2+2m)

 

 

 

m 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

(2j−2j2+2m)(2j2−m+1)m

 

 

 

 

 

 

1

 

, m

− 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2j+2)

 

 

 

 

 

 

 

 

X(j2, j + 2

 

 

 

 

 

(3.5.53)

nomin5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где мы воспользовались тождествами(3.5.52), (3.4.18)Т..к.,

 

 

 

 

 

 

X(j2, j, 0) = 1 ( j >

 

j2), то полученное разностное уравнение (3.5.53)легко решается итерациями

 

 

 

 

 

(2j−2j2+2m)(2j2−m+1)m

·

 

(2j−2j2+2m−1)(2j2−m+2)(m−1)

· · ·X(j2, j +

m

 

X(j2, j, m) =

 

 

 

 

 

 

(2j+2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2j+3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 , 0) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

(2j−2j2+2m)! (2j2)! m! (2j+1)!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2j−2j2+m)! (2j2−m)! (2j+m+1)!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.5.54)

nomin6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставляя это выражение(3в.5.50)мы получаем окончательно

 

 

 

 

 

 

 

Q

= j1j1| j2j − j1|∆(P ) |j1 j1 |j2 j − j1

= (j−j2+j1)! (j+j2+j1+1)! ,

(3.5.55)

nomin3b

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2j1)! (2j+1)!

 

 

 

 

 

 

и сравнивая это выражение(3с .5.49)мы

 

получаем известное выражение для фак-

 

ториальной суммы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j1+j2−j

 

(−1)k

 

 

(j2+j−j1+k)!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2j1)! (j2−j1+j)!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k!(2j+k+1)! (j2

j+j1

k)!

=

 

(j

j2+j1)! (j+j2+j1+1)!(j2+j1

j)! .

 

 

 

 

 

=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

128

Наконец,подставляя(3.5.48)и(3.5.55)в(3.5.47),мы выводим окончательное выражение для ККГ(ср.с формулой(2.84)в[27])

 

 

j1m1, j2m2|j1j2; jm =

j1m1| j2m2|∆(Pj−m,0) |j1 j1 |j2 j−j1

 

 

 

 

 

j1 j1| j2 j−j1|∆(P ) |j1 j1 |j2 j−j1 1/2

=

 

 

 

 

 

 

 

j1+j2−j

(−1)k

 

 

(j−m+k)!(j2+j−j1+k)!

 

 

7

(2j+1)(j−j2+j1)! (j+j2+j1+1)!(j+m)!(j2+j1−j)!(j2−m2)!

 

 

 

=

(j−m)!(j2−j1+j)!(j2+m2)!(j1

−m1)!(j1+m1)!

 

 

k=0

 

k!(2j+k+1)!

 

(j−j1−m2+k)!(j2−j+j1−k)!

.

prok14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.5.56)

 

 

Выражения для ККГ(3.5.9)и(3.5.56)не

 

 

совпадают,однако могут быть при-

 

 

ведены одно к другому.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введем новые обозначения для ККГ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j1

 

j2

j3

= j1m1, j2m2|j3, −m3

 

 

(3.5.57)

prok15

 

 

 

 

 

m1

 

m2

m3

 

 

 

Символы( 3j-символы) (3.5.57)обладают замечательными свойствами симметрии

 

 

1.они не меняются при четной перестановке столбцов

 

 

 

 

 

 

+ ;

 

 

 

 

* m11

m22

m33

+ =

* m33

m11

 

m22

+ =

* m22

 

m33

m11

 

 

 

 

j

j

j

 

 

 

j

j

 

j

 

 

 

j

 

 

j

j

 

 

 

 

2.они приобретают фазовый множитель

(−1)j1+j2+j3 при нечетной перестановке

 

 

столбцов;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.они приобретают фазовый множитель

(−1)j1+j2+j3 при изменении знаков всех

 

 

проекций на противоположные mi → −mi (m1 + m2 + m3 = 0).

 

 

 

 

 

 

 

В качестве примера приведем таблицу для j1 m1, 1/2 m2|jm :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

m2 = 1/2

 

 

 

 

m2 = −1/2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j1 +

1

 

,

(j1+m+1/2) 1/2

 

,

(j1−m+1/2)

1/2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

(2j1+1)

-

 

 

 

 

(2j1+1)

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j1

1

 

 

(j1−m+1/2)

1/2

 

,

(j1+m+1/2)

1/2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

, (2j1+1) -

 

 

(2j1+1)

-

 

 

 

 

 

 

 

 

3.6Лекция14.Унитарная группа

 

 

 

 

SU(N) и ее алгебра Ли.

 

Базис Картана.Конструкция Йордана-Швингера для образующих алгебр Ли.Алгебра Ли для группа SU(3) и матрицы ГеллМанна.

Неокончена

1.Алгебра Ли группы SU(N).

Рассмотрим унитарное преобразование U SU(N), т . е . линейное преобразование

129

комплексного N-мерного вектора (x1, x2, . . . xN ): xi → Uij xj , сохраняющее квадратичную форму(2.6.19),т.е. U U= I (I единичнвя N × N матрица),и такое,что det(U) = 1. Рассмотрим это преобразование в инфинитезимальной форме

U = I + ψ A + ψ2 . . . ,

где ψ – бесконечномалый вещественный параметр, и A – N ×N матрица,которая частично определяется из условия унитарности

I = (I + ψ A + ψ2 . . .)(I + ψ A+ ψ2 . . .) A + A= 0 ,

и требования унимодулярности det(U) = 1:

1 = det(I + ψ A + ψ2 . . .) = 1 + ψ Tr(A) + ψ2 . . . Tr(A) = 0 .

(3.6.1) det11

Отсюда следует,что A – антиэрмитова бесследовая матрица, которую можно представить в виде произведения бесследовой эрмитовой матрицы на мнимую единицу.

Очевидно,что произвольная эрмитова комплексная бесследовая N × N- мат - рица имеет вид:

x12 + iy12

x12

h2

 

 

h1

 

iy12

 

.

 

 

.

 

 

..

 

x23

..

 

x13

+ iy13

+ iy23

x

+ iy

 

x

+ iy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N1

 

N1

N2

 

N2

13

− iy

13

 

x23

23 . . .

x

3iy . . .

 

h.

.. . .

 

.

.

.

 

.

 

 

. . .

. . .

x1N x2N x3N

iy1N

 

=

h˜iHi + (xij Sij + yijTij).

iy3N

iy2N

 

N

)

..

)

.

 

 

 

 

 

 

 

i=1

i<j

 

 

 

 

 

hN

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.6.2)

alliN

где hi, xij , yij

 

R и

 

N hi = 0 (т.е.параметры

hi

представимы в виде hi =

 

˜i

 

1

N ˜j

 

'i=1

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

j'

 

 

 

 

 

 

 

образующих алгебры Ли,мы можем

 

 

N

=1 h ).Согласно определению(3.2.2)

 

рассматривать эрмитовы матрицы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hi

= eii

1

I

(i = 1, . . . , N − 1) ,

Sij = eij + eji ,

Tij

= i(eji − eij ) ,

(3.6.3)

alliN5

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

Hi= Hi ,

Sij

= Sij , Tij

= Tij ,

 

(3.6.4)

alliN4

входящие в разложение(3.6.2),как баз

 

исные элементы(образующие)алгебры

 

Ли группы SU(N) в определяющем представлении.

В (3.6.3) мы использовали

 

матричные единицы eij

(1 ≤ i, j ≤ N) – матрицы, у которых все элементы равны

 

нулю,кроме элемента на i-ой строке и j-ом столбце равеного единице,т.е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

(eij)km = δik δjm

 

 

 

 

 

)i

(3.6.5)

mmed

 

 

 

 

 

eij ekm = δkj eim ,

I =

eii .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=1

 

 

130

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]