stringtranslate.com

Безмассовые свободные скалярные бозоны в двух измерениях

Безмассовые свободные скалярные бозоны представляют собой семейство двумерных конформных теорий поля , симметрия которых описывается абелевой аффинной алгеброй Ли .

Поскольку они свободны , т.е. не взаимодействуют, свободные бозонные CFT легко решаются точно. С помощью формализма кулоновского газа они приводят к точным результатам во взаимодействующих CFT, таких как минимальные модели . Более того, они играют важную роль в подходе мирового листа к теории струн .

В свободной бозонной ККТ центральный заряд алгебры Вирасоро может принимать любое комплексное значение. Однако значение иногда подразумевается неявно. Для существуют компактифицированные свободные бозонные ККТ с произвольными значениями радиуса компактификации.

Формулировка Лагранжа

Действие теории свободных бозонов в двух измерениях является функционалом свободного бозона ,

где — метрика двумерного пространства, на котором сформулирована теория, — скаляр Риччи этого пространства. Параметр называется фоновым зарядом .

Особенностью двух измерений является то, что масштабное измерение свободного бозона исчезает. Это допускает наличие неисчезающего фонового заряда и лежит в основе конформной симметрии теории .

В теории вероятностей свободный бозон может быть построен как гауссово свободное поле . Это обеспечивает реализацию корреляционных функций как ожидаемых значений случайных величин.

Симметрии

Абелева аффинная алгебра Ли

Алгебра симметрии генерируется двумя хиральными сохраняющимися токами : током, движущимся влево, и током, движущимся вправо, соответственно.

которые подчиняются . Каждый ток порождает абелеву аффинную алгебру Ли . Структура леводвижущейся аффинной алгебры Ли закодирована в само- OPE леводвижущегося тока ,

Эквивалентно, если ток записан в виде ряда Лорана относительно точки , то абелева аффинная алгебра Ли характеризуется скобкой Ли

Центр алгебры порождается , а алгебра представляет собой прямую сумму взаимно коммутирующих подалгебр размерности 1 или 2:

Конформная симметрия

Для любого значения универсальная обертывающая алгебра абелевой аффинной алгебры Ли имеет подалгебру Вирасоро с образующими [1]

Центральный заряд этой подалгебры Вирасоро равен

и коммутационные соотношения генераторов Вирасоро с генераторами аффинной алгебры Ли следующие:

Если параметр совпадает с фоновым зарядом свободного бозона, то поле совпадает с тензором энергии-импульса свободного бозона . Соответствующая алгебра Вирасоро, таким образом, имеет геометрическую интерпретацию как алгебра бесконечно малых конформных отображений и кодирует локальную конформную симметрию теории .

Дополнительные симметрии

При специальных значениях центрального заряда и/или радиуса компактификации свободные бозонные теории могут иметь не только свою симметрию, но и дополнительные симметрии. В частности, при при специальных значениях радиуса компактификации могут появляться неабелевы аффинные алгебры Ли, суперсимметрия и т. д. [2]

Аффинные первичные поля

В свободной бозонной ККТ все поля являются либо аффинными первичными полями, либо их аффинными потомками. Благодаря аффинной симметрии корреляционные функции аффинных полей-потомков в принципе могут быть выведены из корреляционных функций аффинных первичных полей.

Определение

Аффинное первичное поле с левым и правым -зарядами определяется его OPE с токами, [1]

Эти OPE эквивалентны соотношениям

Заряды также называются лево- и право-движущимися импульсами . Если они совпадают, аффинное первичное поле называется диагональным и записывается как .

Нормально упорядоченные экспоненты свободного бозона являются аффинными первичными полями. В частности, поле является диагональным аффинным первичным полем с импульсом . Это поле и аффинные первичные поля в целом иногда называются вершинными операторами . [3]

Аффинное первичное поле также является первичным полем Вирасоро с конформной размерностью

Оба поля имеют одинаковые левые и правые конформные измерения, хотя их импульсы различны.

ОПЭ и сохранение импульса

Из-за аффинной симметрии импульс сохраняется в свободных бозонных ККТ. На уровне правил слияния это означает, что только одно аффинное первичное поле может появиться в слиянии любых двух аффинных первичных полей,

Операторные разложения произведений аффинных первичных полей, таким образом, принимают вид

где - коэффициент OPE, а - член - вклад аффинных полей потомков. OPE не имеют явной зависимости от фонового заряда.

Корреляционные функции

Согласно аффинным тождествам Уорда для -точечных функций на сфере, [1]

Более того, аффинная симметрия полностью определяет зависимость сферо -точечных функций от положений,

Однозначность корреляционных функций приводит к ограничениям на импульсы,

Модели

Некомпактные свободные бозоны

Свободная бозонная ККТ называется некомпактной, если импульс может принимать непрерывные значения.

Некомпактные свободные бозонные ККТ с используются для описания некритической теории струн . В этом контексте некомпактная свободная бозонная ККТ называется линейной дилатонной теорией .

Свободная бозонная КПТ с ie представляет собой сигма-модель с одномерным целевым пространством.

Компактифицированные свободные бозоны

Компактифицированный свободный бозон с радиусом — это свободная бозонная ККТ, где левый и правый импульсы принимают значения

Целые числа тогда называются импульсом и числом намотки . Допустимые значения радиуса компактификации — если и в противном случае. [1]

Если , свободные бозоны с радиусами и описывают ту же CFT. С точки зрения сигма-модели эта эквивалентность называется T-дуальностью .

Если , компактифицированная свободная бозонная ККТ существует на любой римановой поверхности . Ее статистическая сумма на торе равна [3]

где , а — эта-функция Дедекинда . Эта функция распределения представляет собой сумму характеров алгебры Вирасоро по спектру конформных измерений теории.

Как и во всех свободных бозонных ККТ, корреляционные функции аффинных первичных полей имеют зависимость от положений полей, которая определяется аффинной симметрией. Оставшиеся постоянные факторы — это знаки, зависящие от импульсов полей и чисел намоток. [4]

Граничные условия в случае c=1

Граничные условия Неймана и Дирихле

Вследствие автоморфизма абелевой аффинной алгебры Ли существует два типа граничных условий, сохраняющих аффинную симметрию, а именно:

Если границей является линия , то эти условия соответствуют граничному условию Неймана и граничному условию Дирихле для свободного бозона .

Пограничные состояния

В случае компактифицированного свободного бозона каждый тип граничного условия приводит к семейству граничных состояний, параметризованных с помощью . Соответствующие одноточечные функции на верхней полуплоскости имеют вид [5]

В случае некомпактного свободного бозона существует только одно граничное состояние Неймана, тогда как граничные состояния Дирихле параметризуются действительным параметром. Соответствующие одноточечные функции имеют вид

где и для евклидова бозона.

Конформные граничные условия

Границы Неймана и Дирихле являются единственными границами, которые сохраняют аффинную симметрию свободного бозона. Однако существуют дополнительные границы, которые сохраняют только конформную симметрию.

Если радиус иррационален, дополнительные граничные состояния параметризуются числом . Одноточечные функции аффинных первичных полей с исчезают. Однако первичные поля Вирасоро, которые являются аффинными потомками аффинного первичного поля с , имеют нетривиальные одноточечные функции. [5]

Если радиус рационален , то дополнительные граничные состояния параметризуются многообразием . [6]

Конформные граничные условия в произвольном случае также изучались под неправильным названием «граничная теория Лиувилля ». [7]

Связанные теории и обобщения

Множественные бозоны и орбифолды

Из безмассовых свободных скалярных бозонов можно построить произведение CFT с алгеброй симметрии . Некоторые или все бозоны могут быть компактифицированы.

В частности, компактификация бозонов без фонового заряда на -мерном торе (с B-полем Невё–Шварца ) приводит к появлению семейства CFT, называемых компактификациями Нараина . Эти CFT существуют на любой римановой поверхности и играют важную роль в пертурбативной теории струн . [8] [9]

Ввиду существования автоморфизма аффинной алгебры Ли и более общих автоморфизмов , существуют орбифолды свободных бозонных ККТ. [10] Например, орбифолд компактифицированного свободного бозона с является критической двумерной моделью Эшкина–Теллера . [4]

Формализм кулоновского газа

Формализм кулоновского газа — это метод построения взаимодействующих CFT или некоторых их корреляционных функций из свободных бозонных CFT. Идея состоит в том, чтобы возмущать свободные CFT с помощью экранирующих операторов вида , где — аффинное первичное поле конформных размерностей . Несмотря на свое пертурбативное определение, метод приводит к точным результатам благодаря сохранению импульса. [3]

В случае одного свободного бозона с фоновым зарядом существуют два диагональных оператора экранирования , где . Корреляционные функции в минимальных моделях могут быть вычислены с использованием этих операторов экранирования, что приводит к интегралам Доценко–Фатеева . [11] Вычеты корреляционных функций в теории Лиувилля также могут быть вычислены, и это привело к первоначальному выводу формулы DOZZ для трехточечной структурной константы. [12] [13]

В случае свободных бозонов введение экранирующих зарядов может быть использовано для определения нетривиальных CFT, включая конформную теорию Тоды . Симметрии этих нетривиальных CFT описываются подалгебрами абелевой аффинной алгебры Ли. В зависимости от экранирования эти подалгебры могут быть или не быть W-алгебрами . [14]

Формализм кулоновского газа также может быть использован в двумерных CFT, таких как модель Поттса с q-состоянием и модель. [15]

Различные обобщения

В произвольных измерениях существуют конформные теории поля, называемые обобщенными свободными теориями . Однако они не являются обобщениями свободных бозонных ККТ в двух измерениях. В первом случае сохраняется конформное измерение (по модулю целых чисел). Во втором случае — импульс.

В двух измерениях обобщения включают:

Ссылки

  1. ^ abcd Рибо, Сильвен (2014-06-17). "Конформная теория поля на плоскости". arXiv : 1406.4290v5 [hep-th].
  2. ^ Джинспарг, Пол (11 ноября 1988 г.). «Прикладная конформная теория поля». arXiv : hep-th/9108028 .
  3. ^ abcd Ди Франческо, Филипп; Матье, Пьер; Сенешаль, Дэвид (1997). "Конформная теория поля". Graduate Texts in Contemporary Physics . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Springer New York. doi :10.1007/978-1-4612-2256-9. ISBN 978-1-4612-7475-9. ISSN  0938-037X.
  4. ^ ab Немков, Никита; Рибо, Сильвен (2021-06-29). «Аналитический конформный бутстрап и первичные поля Вирасоро в модели Эшкина-Теллера». arXiv : 2106.15132v1 [hep-th].
  5. ^ ab Janik, Romuald A. (2001-09-04). "Исключительные граничные состояния при c=1". Nuclear Physics B . 618 (3): 675–688. arXiv : hep-th/0109021 . doi :10.1016/S0550-3213(01)00486-2. S2CID  9079750.
  6. ^ Gaberdiel, MR; Recknagel, A. (2001-08-31). "Конформные граничные состояния для свободных бозонов и фермионов". Journal of High Energy Physics . 2001 (11): 016. arXiv : hep-th/0108238 . doi :10.1088/1126-6708/2001/11/016. S2CID  5444861.
  7. ^ Реми, Гийом; Чжу, Тунан (2022-08-23). ​​«Интегрируемость граничной лиувиллевской конформной теории поля». Сообщения по математической физике . 395 (1). Springer: 179–268. arXiv : 2002.05625 . doi :10.1007/s00220-022-04455-1. ISSN  0010-3616.
  8. ^ Малони, Александр; Виттен, Эдвард (2020-06-08). «Усреднение по пространству модулей Нараина». Журнал физики высоких энергий . 2020 (10). arXiv : 2006.04855v2 . doi : 10.1007/JHEP10(2020)187. S2CID  219558763.
  9. ^ Полчински, Джозеф (1998-10-13). Теория струн . Т. 95. Cambridge University Press. С. 11039–11040. doi :10.1017/cbo9780511816079. ISBN 978-0-521-67227-6. PMC  33894 . PMID  9736684. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
  10. ^ Дейкграаф, Робберт; Вафа, Камрун; Верлинде, Эрик; Верлинде, Герман (1989). «Операторная алгебра орбифолдных моделей». Связь в математической физике . 123 (3). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 485–526. дои : 10.1007/bf01238812. ISSN  0010-3616. S2CID  120111368.
  11. ^ Доценко, Вл.С.; Фатеев, ВА (1984). «Конформная алгебра и многоточечные корреляционные функции в двумерных статистических моделях». Nuclear Physics B. 240 ( 3). Elsevier BV: 312–348. doi :10.1016/0550-3213(84)90269-4. ISSN  0550-3213.
  12. ^ Замолодчиков, А.; Замолодчиков, Ал. (1996). «Конформный бутстрап в теории поля Лиувилля». Nuclear Physics B . 477 (2): 577–605. arXiv : hep-th/9506136 . Bibcode :1996NuPhB.477..577Z. doi :10.1016/0550-3213(96)00351-3. S2CID  204929527.
  13. ^ Дорн, Х.; Отто, Х.-Дж. (1992). «О корреляционных функциях для некритических струн с c⩽1, но d⩾1». Physics Letters B . 291 (1–2): 39–43. arXiv : hep-th/9206053 . Bibcode :1992PhLB..291...39D. doi :10.1016/0370-2693(92)90116-L. S2CID  15413971.
  14. ^ Литвинов, Алексей; Сподынейко, Лев (2016-09-20). "О W-алгебрах, коммутирующих с набором экранировок". Журнал физики высоких энергий . 2016 (11). arXiv : 1609.06271v1 . doi : 10.1007/JHEP11(2016)138. S2CID  29261029.
  15. ^ di Francesco, P.; Saleur, H.; Zuber, JB (1987). «Связь между картиной кулоновского газа и конформной инвариантностью двумерных критических моделей». Journal of Statistical Physics . 49 (1–2). Springer: 57–79. doi :10.1007/bf01009954. ISSN  0022-4715. S2CID  56053143.