1 Grupa SU(3) i klasyfikacja cząstek

Podobne dokumenty
Postać Jordana macierzy

1 Macierze i wyznaczniki

Zadania egzaminacyjne

Algebra liniowa II. Lista 1. 1 u w 0 1 v 0 0 1

Przestrzenie wektorowe

Tydzień nr 9-10 (16 maja - 29 maja), Równania różniczkowe, wartości własne, funkcja wykładnicza od operatora - Matematyka II 2010/2011L

2 1 3 c c1. e 1, e 2,..., e n A= e 1 e 2...e n [ ] M. Przybycień Matematyczne Metody Fizyki I

III. Układy liniowe równań różniczkowych. 1. Pojęcie stabilności rozwiązań.

Met Me ody numer yczne Wykład ykład Dr inż. Mic hał ha Łanc Łan zon Instyt Ins ut Elektr Elektr echn iki echn i Elektrot Elektr echn olo echn

Macierze. Rozdział Działania na macierzach

Własności wyznacznika

Zadania z Algebry liniowej 4 Semestr letni 2009

21 Symetrie Grupy symetrii Grupa translacji

SIMR 2016/2017, Analiza 2, wykład 1, Przestrzeń wektorowa

Przekształcanie równań stanu do postaci kanonicznej diagonalnej

Niezb. ednik matematyczny. Niezb. ednik matematyczny

macierze jednostkowe (identyczności) macierze diagonalne, które na przekątnej mają same

PODSTAWY AUTOMATYKI. MATLAB - komputerowe środowisko obliczeń naukowoinżynierskich - podstawowe operacje na liczbach i macierzach.

Rozdział 5. Macierze. a 11 a a 1m a 21 a a 2m... a n1 a n2... a nm

3 1 + i 1 i i 1 2i 2. Wyznaczyć macierze spełniające własność komutacji: [A, X] = B

Wektory i wartości własne

VI. Równania różniczkowe liniowe wyższych rzędów

Wykład 5. Ker(f) = {v V ; f(v) = 0}

Zestaw zadań 5: Sumy i sumy proste podprzestrzeni. Baza i wymiar. Rzędy macierzy. Struktura zbioru rozwiązań układu równań.

Wstęp do komputerów kwantowych

Wektory i wartości własne

Wstęp do komputerów kwantowych

Przestrzenie liniowe

POSTULATY MECHANIKI KWANTOWEJ cd i formalizm matematyczny

Rozdział 2. Liczby zespolone

II. POSTULATY MECHANIKI KWANTOWEJ W JĘZYKU WEKTORÓW STANU. Janusz Adamowski

Lista nr 1 - Liczby zespolone

Wykład 4 Udowodnimy teraz, że jeśli U, W są podprzetrzeniami skończenie wymiarowej przestrzeni V to zachodzi wzór: dim(u + W ) = dim U + dim W dim(u

Dystrybucje, wiadomości wstępne (I)

Lokalna odwracalność odwzorowań, odwzorowania uwikłane

Baza w jądrze i baza obrazu ( )

Diagonalizacja macierzy i jej zastosowania

020 Liczby rzeczywiste

15. Macierze. Definicja Macierzy. Definicja Delty Kroneckera. Definicja Macierzy Kwadratowej. Definicja Macierzy Jednostkowej

Wykład 4. Informatyka Stosowana. Magdalena Alama-Bućko. 25 marca Magdalena Alama-Bućko Wykład 4 25 marca / 25

Równania różniczkowe liniowe wyższych rzędów o stałych współcz

Jak łatwo zauważyć, zbiór form symetrycznych (podobnie antysymetrycznych) stanowi podprzestrzeń przestrzeni L(V, V, K). Oznaczamy ją Sym(V ).

13 Układy równań liniowych

Diagonalizacja macierzy i jej zastosowania

ALGEBRA LINIOWA. Wykład 2. Analityka gospodarcza, sem. 1. Wydział Zarządzania i Ekonomii Politechnika Gdańska

Praca domowa - seria 6

1 Przestrzeń liniowa. α 1 x α k x k = 0

Algebra liniowa. Macierze i układy równań liniowych

1 Zbiory i działania na zbiorach.

jest rozwiązaniem równania jednorodnego oraz dla pewnego to jest toŝsamościowo równe zeru.

1. Liczby zespolone. Jacek Jędrzejewski 2011/2012

1 Macierz odwrotna metoda operacji elementarnych

Liczby zespolone. Magdalena Nowak. 23 marca Uniwersytet Śląski

Zadania przygotowawcze, 3 kolokwium

Wstęp do metod numerycznych Uwarunkowanie Eliminacja Gaussa. P. F. Góra

Algebra WYKŁAD 3 ALGEBRA 1

Zaawansowane metody numeryczne

Geometria Lista 0 Zadanie 1

Równania różniczkowe liniowe II rzędu

Zaawansowane metody numeryczne

Rozdział 2. Liczby zespolone

Co to jest wektor? Jest to obiekt posiadający: moduł (długość), kierunek wraz ze zwrotem.

Matematyka A kolokwium 26 kwietnia 2017 r., godz. 18:05 20:00. i = = i. +i sin ) = 1024(cos 5π+i sin 5π) =

cx cx 1,cx 2,cx 3,...,cx n. Przykład 4, 5

DB Algebra liniowa semestr zimowy 2018

Zaawansowane metody numeryczne

Diagonalizacja macierzy i jej zastosowania

Rozwiązania, seria 5.

Matematyka liczby zespolone. Wykład 1

Analiza matematyczna i algebra liniowa Macierze

Wstęp do Modelu Standardowego

UKŁADY ALGEBRAICZNYCH RÓWNAŃ LINIOWYCH

KADD Minimalizacja funkcji

Algebra liniowa. 1. Macierze.

Mechanika kwantowa ćwiczenia, 2007/2008, Zestaw II

Układy równań liniowych

Rozwiązywanie zależności rekurencyjnych metodą równania charakterystycznego

Wykład z równań różnicowych

Liczby zespolone. x + 2 = 0.

Układy równań. Kinga Kolczyńska - Przybycień 22 marca Układ dwóch równań liniowych z dwiema niewiadomymi

Wstęp do algebry Zajęcianr 6

Wstęp do metod numerycznych Faktoryzacja QR i SVD. P. F. Góra

Przekształcenia w obliczeniach zwarciowych. Przekształcenie 0, 1, 2 (Składowe symetryczne)

10. Metody obliczeniowe najmniejszych kwadratów

Liczby zespolone. P. F. Góra (w zastępstwie prof. K. Rościszewskiego) 27 lutego 2007

Pokazać, że wyżej zdefiniowana struktura algebraiczna jest przestrzenią wektorową nad ciałem

Macierze normalne. D : Dowolną macierz kwadratową można zapisać w postaci A = B + ic gdzie ( ) B = A + A B = A + A = ( A + A)

Programowanie liniowe

Komputerowa analiza zagadnień różniczkowych 3. Numeryczne zagadnienie własne

Układy równań i nierówności liniowych

Wyk lad 11 1 Wektory i wartości w lasne

2. Układy równań liniowych

Wykład 14. Elementy algebry macierzy

φ(x 1,..., x n ) = a i x 2 i +

Matematyka stosowana i metody numeryczne

Wykład 15. Matematyka 3, semestr zimowy 2011/ listopada 2011

Rozwiązania zadań testowych. a n, że a 1 = 5 oraz a n = 100. Podać sumy następujących n=1

1. Matematyka Fizyki Kwantowej: Cześć Druga

WEKTORY I WARTOŚCI WŁASNE MACIERZY. = λ c (*) problem przybliżonego rozwiązania zagadnienia własnego dla operatorów w mechanice kwantowej

1. Liczby zespolone i

Transkrypt:

Grupa SU(3) i klasyfikacja cząstek. Grupa SU(N) Unitarne (zespolone) macierze N N można sparametryzować pzez N rzeczywistych parametrów. Ale detu =, unitarność: U U = narzucają dodatkowe warunki. Rozważmy warunek drugi: [ u ] u u n =, () [ u n ] (gdzie u i są N wymiarowymi wektorami zespolonymi) co daje N równań zespolonych: u u =, u u =,... u u n =, u u =, u u =,... u u n =,. u n u =, u n u =,... u n u n =. () Ale, oprócz równań diagonalnych u i u i =, pozostałe równania są parami zależne, np.: u u = oraz u u =. Zatem niezależne są tylko równania nad diagonalną, których jest (N N)/ oraz te na diagonalnej których jest N. Jednak równania nad diagonalną są zespolone, a więc dają N N warunków rzeczywistych, natomiast równania na diagonalii są rzeczywiste i dają N warunków rzeczywistych. Zatem unitarność daje N warunków rzeczywistych. Zauważmy, że równanie () gwarantuje, że det U =, zatem warunek det U = określa dodatkowo tylko fazę U, czyli daje dodatkowo jeden warunek rzeczywisty (a nie dwa, jakby się można spodziewać). Zatem całkowita liczba parametrów opisująca macierz SU(N) wynosi: N N = N. (3) Wygodną metodą parametryzacji macierzy SU(N) jest forma exponencjalna ( ) N i α T U = exp i α n T n = e n= gdzie α jest N wymiarowym wektorem rzeczywistym, a N hermitowskich (bo musi być U U = ) macierzy N N oznaczonych jako T n, nazywanych jest generatorami grupy SU(N). Dodatkowo macierze T n są bezśladowe, co wynika z tożsamości (4) det U = exp (Tr log U). (5)

Znany przykład z grupy SU(): T n = τ n, n =,, 3, (6) gdzie τ n są macierzami Pauliego. Czynnik / jest kwestią konwencji. Aby macierz U była rzeczywiście jednoznacznie sparametryzowana przez N parametrów α n, macierze T n muszą być liniowo niezależne, tzn. Ten warunek jest spełniony gdy jeżeli α T = to α. Tr(T m T n ) = δ mn. (7) Tu znowu / jest konwencją. Warto, za Cvitanowviciem, przyjąć konwencję graficzną obrazującą generatory (czynnik pojawia się, gdyż notacja jest w zasadzie dla macierzy Pauliego i dla ich odpowiedników SU(3), macierzy Gell-Manna): W tej notacji mnożenie macierzy ma postać: Dodatkowo wprowadźmy delty Kronekera i ich ślady:

W tej graficznej notacji bezśladowiść generatorów i równanie (7) przyjmują postać: Oczywiście generatory T m są nieprzemienne [T m, T n ] = if mnl T l, (8) gdzie całkowicie antysymetryczne stałe f mnl są nazywane stałymi struktury grupy SU(N) dla grupy SU() są to symbole Levi-Civity: f mnl = ε mnl. Aby w sposób jawny zdefiniować grupę SU(N) należy albo podać jawną postać generatorów N N, czyli jawną postać generatorów w reprezentacji fundamentalnej (zwanej także definiującą), albo podać wartości numeryczne stałych strukuiry f mnl. Oczywiście są to metody równoważne: znając jawną postać generatorów można wyliczyć stałe struktury i odwrotnie, znając stałe struktury można obliczyć jawną postać generatorów nie tylkow reprezentacji fundamentalnej, ale w dowolnej reprezentacji grupy SU(N).. Reprezentacje grupy SU() i SU(3) Relacja komutacji (8) jest spełniona nie tylko przez macierze N N definiujące grupę SU(N), ale także przez macierze wyżej wymiarowe. Dla grupy SU() reprezentacja fundamentalna dana jest przez macierze Pauliego odpowiadające spinowi s = /, ale wiemy że dopuszczalne są reprezentacje wyżej wymiarowe o spinie s = n/, gdzie n =,, 3,..., które mają wymiar (s + ). Z matematycznego punktu widzenia reprezentacja grupy jest określona przez zbiór macierzy spełniających (8), fizycy poprzez reprezentację rozumieją często bazę, w której macierze te działają. W przypadku grupy SU() taką bazą są wektory odpowiadające spinowi s i wartości własnej T 3 osnaczanej jako m: s, m 3

gdzie m przyjmuje s + wartości: m, m +,... m, m. Wynika to stąd, że dla grupy SU() spośrod trzech generetorów T,,3 jeden można zdiagonalizować, zwyczajowo djagonalizuje się T 3, i że diagonalny jest tzw. operaotor Casimira T = T + T + T 3 = s(s + ). Czyli stany w danej reprezentacji numerujemy liczbami kwantowymi odpowiadającymi wartościom własnym dwóch diagonalnych operatorów: T i T 3. Zwrócmy uwagę, że liczba kwantowa s jest nie tylko jednoznacznie zwiazana z wartością T ale także z wymiarem reprezentacji, który jest równy s +. Dla grupy SU(3) sytuacja jest bardziej skomplikowana z dwóch powodów. Po pierwsze spośród 8 generatorów (pamiętajmy, że dla N = 3 liczba generatorów wynosi N = 8) można jednocześnie zdiagonalizować dwa z nich. Widać to np. z jawnej postaci macierzy Gell-Mann a, które są dla grupy SU(3) odpowiednikem macierzy Pauliego: λ = λ 4 = λ 6 = λ 8 = 3 λ = λ 5 = λ 7 = i i i i i i λ 3 =. (9) Widzimy, że pierwsze trzy macierze Gell-Manna odpowiadają zanurzonym w lewym, górnym rogu macierzom Pauliego. Oznacza to, że w grupie SU(3) istnieje podgrupa SU(), którą nazywać będziemy izospinem. A zatem stany bazowe będziemy numerować wartościami I i I 3 odpowiadajacymi tej podgrupie. Oprócz tego diagonalna jest macierz λ 8, a odpowiadającą jej liczbę kwantową Y = λ 8 / 3 nazywamy hiperładunkiem. Zatem stany bazowe dla reprezentacji fundamentalnej o wymiarze 3, oznaczane (3)Y, I, I 3,to: (3) 3,, = (3) 3,, = (3) 3,, =. () Ogólnie dla grupy SU(N) można jednocześnie zdiagonalizować N generatorów (mówimy, że rząd grupy SU(N) wynosi N ). Oprócz tego, podanie wymiaru, lub wartości operatora Casimira nie wyznacza jednoznacznie reprezentacji. Począwszy od N = 3 możemy mieć kilka reprezentacji o tym samym wymiarze, ktore są jednak istotnie różne (nie są unitarnie równoważne). Zauważmy, że macierze T m mają te same relacje konutacji, co macierze T m (ze względu na to, że stałe struktury f mnl są rzeczywiste). Oznacza 4

to, że istnieje druga reprezentacja trzywymarowa, która jest sprzęzona do reprezentacji fundamentalnej (oznaczamy ją jako 3). Stany bazowe dla tej reprezentacji mają postać: (3) 3,, = (3) 3,, = (3) 3,, =. () Można zapytać, dlaczego w przypadku grupy SU() (a więc spinu), nie musieliśmy wprowadzać pojęcia reprezentacji sprzężonej. Wiąze się to z tym, że dla macierzy Pauliego istnieje macierz U taka, że Uτ m U = τ m, () czyli, że reprezentacja s = / i reprezentacja sprzężona do niej są unitarnie równoważne. Ta własność nie zachodzi dla grup SU(N) przy N >. Stąd w notacji graficznej użyliśmy strzałki do oznaczenia generatorów w reprezentacji 3. Strzałka w przeciwną stronę oznacza reprezentację 3. Ponadto, jak się przekonamy, istnieją także reprezentacje o tym samym wymiarze, które są różne i nie są wzajemnie sprzężone. 5