カイラルモデル

可積分カイラル模型における2つのソリトンの散乱過程。グラフは系のエネルギー密度を示し、最大値はソリトンを表す。ソリトンは1つの軸に沿って接近し、衝突して一つの塊を形成し、その後90度で散乱する。
可積分カイラル模型における2つのソリトンの散乱過程。グラフは系のエネルギー密度を示し、最大値はソリトンを表す。[1] [2]

原子核物理学においてカイラル模型は、 1960年にフェザ・ギュルセイが導入した現象論的モデルであり、カイラル極限(クォークの質量がゼロになる極限)における中間子有効相互作用を記述するが、クォークについてはまったく言及していない。これは、リー群同次空間をその標的多様体とする非線形シグマ模型である。このモデルが最初に導入されたとき、このリー群はSU( N )であった。ここで、Nはクォークのフレーバーの数である。標的多様体のリーマン計量は、SU( N )のマウラー・カルタン形式に作用するキリング形式に正の定数を乗じて与えられる

このモデルの内部グローバル対称性は、それぞれ左コピーと右コピーである。ここで、左コピーはターゲット空間に対する左作用として作用し、右コピーは右作用として作用する。現象論的には、左コピーは左巻きクォーク間のフレーバー回転を表し、右コピーは右巻きクォーク間の回転を表す。これらのLとRは互いに完全に独立している。これらの対称性の軸部分は自発的に破れ、対応するスカラー場は必要な南部−ゴールドストーンボソンとなる。

この模型は後に2次元の場合において可積分系、特に可積分場の理論として研究された。その可積分性は1982年にファデーエフレシェティキンによって量子逆散乱法によって示された。2次元主カイラル模型は、ラックス対/零曲率定式化、無限個の対称性、そして基礎となる量子群対称性(この場合はヤン対称性)といった可積分性の兆候を示す。

このモデルは、スキルミオンと呼ばれる位相ソリトンを許容します。

正確なカイラル対称性からの逸脱はカイラル摂動論で扱われます

数学的定式化

多様体時空とみなされる) Mと、コンパクト リー群 Gの選択において、場の内容は関数 となる。これは、関連する場、すなわちマウラー・カルタン形式である- 値ベクトル場(実際には共ベクトル場)を定義する。主カイラル模型は、が無次元結合であるラグランジアン密度によって定義される。微分幾何学的言語では、場は、 M主同質空間に同型のファイバーを持つ主束切断である(したがって、これがカイラル模型を定義する)。

現象学

オリジナルの2フレーバーモデルの概要

ギュルゼー(1960年;ゲルマンとレヴィも参照)のカイラル模型は、現在では2つの軽いクォークudを持つQCDの有効な理論として認識されている。QCDラグランジアンは、左巻きクォーク場と右巻きクォーク場の独立したグローバルフレーバー回転に対して近似的に不変である。

ここで、τはフレーバー空間におけるパウリ行列を表し、θ L θは対応する回転角です。

対応する対称群はカイラル群であり、6つの保存電流によって制御される。

これはベクトル電流と軸ベクトル電流で同様に表現できる。

対応する保存電荷はカイラル群の代数を生成する。

ここで、I = L, R 、または、同等に、

1970 年代初頭には、これらの交換関係をハドロン反応に適用することが、現在の代数計算の主流となっていました。

カイラル模型の範囲であるハドロン、擬スカラー中間子のレベルでは、カイラル群はQCD真空によって自発的にに分解されます。つまり、これは非線形に南部-ゴールドストーンモードで実現されます。Q V は真空を消滅させますが、Q A は消滅させません!これは、 のリー代数がSO(4)のリー代数と同型であるという事実に基づく幾何学的議論によってうまく視覚化されます。線形ウィグナー-ワイルモードで実現される破断されない部分群は であり、これはSU(2)(V:アイソスピン)と局所的に同型です。

SO(4)の非線形実現を構築するには、ベクトルの4次元回転を記述する表現

6つの角度でパラメータ化された微小回転

は次のように与えられる。

どこ

4 つの実数( πσ )は、最小の非自明なカイラル多重項を定義し、線形シグマ モデルのフィールド内容を表します。

SO(4)の上記の線形実現から非線形実現へと切り替えると、実際には( π , σ )の4つの成分のうち3つだけが4次元回転に関して独立であることが分かる。これらの3つの独立成分は超球面S 3上の座標に対応し、πσは次の 制約を受ける。

F次元=質量 パイ中間子崩壊定数です

これを利用してσを消去すると、SO(4)の下でのπの次のような変換特性が得られる。

2番目の式の右辺の非線形項(πのシフト)は、SO(4)の非線形実現の基礎となる。カイラル群はパイ中間子三重項上で非線形に実現されるが、これは角度によってパラメータ化されたアイソスピン回転に対して依然として線形変換する。対照的に、は非線形「シフト」(自発的破れ)を表す。

スピノル写像を通して、これらのπσの4次元回転は、 ユニタリ行列を導入することで2×2行列表記法で便利に記述することもできる。

そして、カイラル回転におけるUの変換特性は

どこ

非線形実現への移行は次のように行われる。

ここで はフレーバー空間におけるトレースを表します。これは非線形シグマモデルです。

またはを含む項は独立ではなく、部分積分によってこの形にすることができます。定数 1/4 F 2 は、ラグランジアンが、パイオンの観点から書かれたときに、質量のないスカラー場の通常の自由項と一致するように選択される。

代替パラメータ化

代替の同等の(Gürsey, 1960)パラメータ化

Uについてはより単純な式が得られる

再パラメータ化されたπ変換に 注目してください。

したがって、等回転Vの場合、明らかに上記と同一であり、同様に、

対称性の破れAの下では、シフトは次のように表される。このより単純な表現はN個の軽いクォークに容易に一般化できる(Cronin, 1967)。

統合可能性

積分可能なカイラルモデル

リチャード・S・ワード[3]によって提唱された可積分カイラル模型、あるいはワード模型は、行列値体を用いて記述され、偏微分方程式で与えられる。これは、期待される運動項とウェス・ズーミノ・ウィッテン項に類似した項を含むラグランジアン定式化を持つ。また、ボゴモルニ方程式と形式的には同一であるが、ローレンツシグネチャを持つ定式化も持つ。これらの定式化の関係は、Dunajski (2010)に示されている。

多くの正確な解が知られている。[4] [5] [6]

2次元主カイラルモデル

ここで、基礎となる多様体リーマン面、特に円筒面または平面とされ、慣例的に座標が与えられ、円筒面上には周期座標が与えられる。弦理論への応用においては、この円筒面は閉じた弦によって掃引された世界面となる。 [7]

グローバル対称性

大域的対称性は、群値体において、およびとして内部対称性として作用する対応する保存カレントは、ノイマンの定理から次のように表される。運動方程式これらのカレントの保存と等価であることがわかる。 さらに、カレントは平坦性条件も満たすため、運動方程式は完全にカレントを用いて定式化することができる。

量子化により、これらの電流の軸方向の組み合わせによってカイラル異常が発生し、これは前述のトポロジカルWZWN 項にまとめられます。

緩い定式化

光円錐座標における世界面を考える。適切なLax行列の成分は、すべての に対するの零曲率条件が、電流の保存と電流の平坦性、すなわち主カイラルモデル(PCM)の運動方程式と等価である という要件である

参照

参考文献

  1. ^ Ward, RS (1995年11月). 「(2+1)次元可積分系における局在ソリトンの非自明な散乱」. Physics Letters A. 208 ( 3): 203– 208. arXiv : solv-int/9510004 . Bibcode :1995PhLA..208..203W. doi :10.1016/0375-9601(95)00782-X. S2CID  123153627.
  2. ^ Dunajski, Maciej (2010).ソリトン、インスタントン、ツイスター. オックスフォード: オックスフォード大学出版局. p. 159. ISBN 9780198570639
  3. ^ Ward, RS (1988年2月). 「2+1次元の積分可能なカイラル模型におけるソリトン解」. Journal of Mathematical Physics . 29 (2): 386– 389. Bibcode :1988JMP....29..386W. doi : 10.1063/1.528078 .
  4. ^ Ioannidou, T.; Zakrzewski, WJ (1998年5月). 「(2+1)次元における修正カイラル模型の解」. Journal of Mathematical Physics . 39 (5​​): 2693– 2701. arXiv : hep-th/9802122 . Bibcode :1998JMP....39.2693I. doi :10.1063/1.532414. S2CID  119529600.
  5. ^ Ioannidou, T. (1996年7月). 「(2+1)次元の積分可能なカイラル模型におけるソリトン解と非自明な散乱」. Journal of Mathematical Physics . 37 (7): 3422– 3441. arXiv : hep-th/9604126 . Bibcode :1996JMP....37.3422I. doi :10.1063/1.531573. S2CID  15300406.
  6. ^ Dai, B.; Terng, C.-L. (2007年1月1日). 「Bäcklund変換、Wardソリトン、そしてユニトン」. Journal of Differential Geometry . 75 (1). arXiv : math/0405363 . doi :10.4310/jdg/1175266254. S2CID  53477757.
  7. ^ Driezen, Sibylle (2021). 「2次元場の理論における古典的積分可能性に関するModave講義」arXiv : 2112.14628 [hep-th].
  • Gürsey, F. (1960). 「強い相互作用と弱い相互作用の対称性について」. Il Nuovo Cimento . 16 (2): 230– 240. Bibcode :1960NCim...16..230G. doi :10.1007/BF02860276. S2CID  122270607.
  • Gürsey, Feza (1961). 「弱い相互作用カレントの構造とパリティについて」Annals of Physics . 12 (1). Elsevier BV: 91– 117. Bibcode :1961AnPhy..12...91G. doi :10.1016/0003-4916(61)90147-6. ISSN  0003-4916.
  • Coleman, S.; Wess, J.; Zumino, B. (1969). 「現象論的ラグランジアンの構造 I.」Physical Review . 177 (5): 2239. Bibcode :1969PhRv..177.2239C. doi :10.1103/PhysRev.177.2239.Callan , C.; Coleman, S.; Wess, J.; Zumino, B. (1969). 「現象論的ラグランジアンの構造 II.」Physical Review . 177 (5): 2247. Bibcode :1969PhRv..177.2247C. doi :10.1103/PhysRev.177.2247.
  • ゲオルギ, H. (1984, 2009).弱い相互作用と現代粒子理論(Dover Books on Physics) ISBN 0486469042オンライン。
  • Fry, MP (2000). 「一般磁場中における2次元フェルミオン行列式のカイラル極限」. Journal of Mathematical Physics . 41 (4): 1691– 1710. arXiv : hep-th/9911131 . Bibcode :2000JMP....41.1691F. doi :10.1063/1.533204. S2CID  14302881.
  • Gell-Mann, M.; Lévy, M. (1960)、「ベータ崩壊における軸ベクトル電流」、Il Nuovo Cimento16 (4)、イタリア物理学会: 705– 726、Bibcode :1960NCim...16..705G、doi :10.1007/BF02859738、ISSN  1827-6121、S2CID  122945049
  • クロニン, ジェレミア A. (1967-09-25). 「キラルU(3)⊗U(3)における強い相互作用と弱い相互作用の現象論的モデル」.フィジカル・レビュー. 161 (5). アメリカ物理学会 (APS): 1483–1494 .書誌コード: 1967PhRv..161.1483C. doi : 10.1103/physrev.161.1483. ISSN  0031-899X.
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Chiral_model&oldid=1319108477"