Твисторная теория - Twistor theory

В теоретическая физика, твисторная теория был предложен Роджер Пенроуз в 1967 г.[1] как возможный путь[2] к квантовая гравитация и превратилась в ветвь теоретический и математическая физика. Пенроуз предложил твистор пространство должно быть основной ареной для физики, из которой должно возникнуть само пространство-время. Это приводит к мощному набору математических инструментов, которые могут применяться для дифференциал и интегральная геометрия, нелинейные дифференциальные уравнения и теория представлений и по физике общая теория относительности и квантовая теория поля, в частности амплитуды рассеяния.

Обзор

Математически, проективный твистор пространство это 3-х мерный комплексное многообразие, сложный проективное 3-пространство . Он имеет физическую интерпретацию пространства безмассовые частицы с вращение. Это проектирование 4-х мерного комплексное векторное пространство, непроективное твисторное пространство с Эрмитова форма из подпись (2,2) и голоморфный объемная форма. Наиболее естественно это можно понять как пространство хиральный (Weyl ) спиноры для конформная группа из Пространство Минковского; это фундаментальное представление из вращательная группа конформной группы. Это определение может быть расширено до любых измерений, за исключением того, что за пределами четырех измерений проективное твисторное пространство определяется как пространство проективных чистые спиноры для конформной группы.[3][4]

В первоначальном виде твисторная теория кодирует физические поля на пространстве Минковского в комплексный аналитический объекты на твисторном пространстве через Преобразование Пенроуза. Это особенно естественно для безмассовые поля произвольных вращение. В первую очередь они получаются через контурный интеграл формулы в терминах свободных голоморфных функций на областях твисторного пространства. Голоморфные твисторные функции, порождающие решения уравнений безмассового поля, правильнее понимать как Чех представители аналитических классы когомологий по регионам в . Эти соответствия были распространены на некоторые нелинейные поля, включая самодвойственный гравитация в Пенроуза нелинейный гравитон строительство[5] и самодвойственный Поля Янга – Миллса в Строительство палаты;[6] первое порождает деформации лежащей в основе сложной структуры регионов в , а последнее - к некоторым голоморфным векторным расслоениям над областями в . Эти конструкции нашли широкое применение.[7][8][9]

Условие самодуальности является основным ограничением для включения полной нелинейности физических теорий, хотя этого достаточно для Ян – Миллс – Хиггс монополи и инстантоны (видеть Строительство ADHM ).[10] Первой попыткой преодолеть это ограничение было введение амбитвисторов Эдвард Виттен[11] и Айзенберг, Яскин и Грин.[12] Пространство амбитвистора - это пространство комплексифицированных световых лучей или безмассовых частиц, и его можно рассматривать как комплексообразующий или котангенсный пучок исходного описания твистора. Они применимы к общим полям, но уравнения поля уже не так просто выражаются.

Твисториальные формулы для взаимодействия за пределами самодуального сектора впервые возникла из твисторная теория струн.[13] Это квантовая теория голоморфных отображений Риманова поверхность в твисторное пространство. Это привело к появлению удивительно компактных формул RSV (Ройбана, Спрадлина и Воловича) для трехуровневых S-матрицы теорий Янга – Миллса,[14] но его гравитационные степени свободы породили версию конформной супергравитация ограничение его применимости; конформная гравитация нефизическая теория, содержащая призраки, но его взаимодействия сочетаются с взаимодействиями теории Янга – Миллса в амплитудах петель, рассчитанных с помощью теории твисторных струн.[15]

Несмотря на свои недостатки, теория твисторных струн привела к быстрому развитию исследований амплитуд рассеяния. Одним из них был так называемый формализм MHV.[16] слабо основанный на разъединенных струнах, но получил более фундаментальную основу в терминах твисторного действия для полной теории Янга – Миллса в твисторном пространстве.[17] Еще одним ключевым событием стало введение рекурсии BCFW.[18] Это имеет естественную формулировку в твисторном пространстве.[19][20] что, в свою очередь, привело к замечательным формулировкам амплитуд рассеяния в терминах Интеграл Грассмана формулы[21][22] и многогранники.[23] В последнее время эти идеи превратились в положительные Грассманиан[24] и амплитуэдр.

Теория твисторных струн была расширена сначала путем обобщения формулы амплитуды RSV Янга – Миллса, а затем путем нахождения лежащих в основе теория струн. Расширение гравитации было дано Cachazo & Skinner,[25] и сформулирована как твисторная теория струн для максимальная супергравитация Дэвида Скиннера.[26] Аналогичные формулы затем были найдены во всех измерениях Качазо, Хе и Юанем для теории Янга – Миллса и гравитации.[27] и впоследствии для множества других теорий.[28] Затем они были поняты Мейсоном и Скиннером как теории струн в пространстве амбитвисторов.[29] в общей структуре, которая включает исходную крутящуюся струну и расширяется, чтобы дать ряд новых моделей и формул.[30][31][32] Как струнные теории они имеют то же самое критические размеры как обычная теория струн; например тип II суперсимметричные версии имеют решающее значение в десяти измерениях и эквивалентны полной теории поля сверхгравитаций типа II в десяти измерениях (это отличается от традиционных теорий струн, которые также имеют дополнительную бесконечную иерархию массивных состояний с более высоким спином, которые обеспечивают ультрафиолетовое завершение ). Они расширяются, чтобы дать формулы для амплитуд петель[33][34] и может быть определен на изогнутом фоне.[35]

Твисторное соответствие

Обозначить Пространство Минковского к , с координатами и лоренцевой метрики подпись . Ввести двухкомпонентные спинорные индексы и установить

Непроективное твисторное пространство представляет собой четырехмерное комплексное векторное пространство с координатами, обозначенными куда и два постоянных Спиноры Вейля. Эрмитова форма может быть выражена путем определения комплексного спряжения из к его двойному к так что эрмитова форма может быть выражена как

Это вместе с формой голоморфного объема, инвариантно относительно группы SU (2,2), четверного накрытия конформной группы C (1,3) компактифицированного пространства-времени Минковского.

Точки в пространстве Минковского связаны с подпространствами твисторного пространства соотношением инцидентности

Отношение инцидентности сохраняется при полном масштабировании твистора, поэтому обычно работают в проективном твисторном пространстве. которое как комплексное многообразие изоморфно . Точка тем самым определяет линию в параметризовано Твистор проще всего понять в пространстве-времени для комплексных значений координат, где он определяет полностью нулевую двухплоскость, которая является самодвойственной. Брать быть реальным, то если исчезает, тогда лежит на луче света, а если не обращается в нуль, решений нет, и тогда соответствует безмассовой частице со спином, не локализованным в реальном пространстве-времени.

Вариации

Супертвисторы

Супервисторы - это суперсимметричный расширение твисторов введено Алан Фербер в 1978 г.[36] Непроективное твисторное пространство расширяется фермионный координаты, где это количество суперсимметрий так что твистор теперь задается с антикоммутинг. Суперконформная группа естественным образом действует в этом пространстве, и суперсимметричная версия преобразования Пенроуза переводит классы когомологий на супертвисторном пространстве в безмассовые суперсимметричные мультиплеты на суперпространстве Минковского. В футляр служит мишенью для оригинальной твисторной струны Пенроуза и случай таков для обобщения супергравитации Скиннера.

Гиперкэлеровы многообразия

Гиперкэлеровы многообразия измерения также допускают твисторное соответствие с твисторным пространством комплексной размерности .

Теория дворцового твистора

Конструкция нелинейного гравитона кодирует только антисамодуальные, т.е. левосторонние поля.[5] Первым шагом к проблеме модификации твисторного пространства с целью кодирования общего гравитационного поля является кодирование правша поля. В бесконечно малой степени они закодированы в твисторных функциях или когомология классы однородность −6. Задача использования таких твисторных функций полностью нелинейным образом, чтобы получить правша нелинейный гравитон получил название (гравитационный) проблема с Google (слово "погуглить "- термин, используемый в игре крикет для шара, бьющего с правой спиральностью, с использованием кажущегося действия, которое обычно приводит к левой спиральности).[37] Самое последнее предложение Пенроуза в этом направлении в 2015 году было основано на некоммутативная геометрия на твисторном пространстве и обозначается теория дворцового твистора.[38] Теория названа в честь Букингемский дворец, куда Майкл Атья предложил Пенроузу использовать тип "некоммутативная алгебра ", важный компонент теории (основная твисторная структура в дворцовой твисторной теории была смоделирована не на твисторном пространстве, а на некоммутативном голоморфный твистор квантовая алгебра ).[39]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Пенроуз Р. (1967). «Твисторная алгебра». Журнал математической физики. 8 (2): 345–366. Bibcode:1967JMP ..... 8..345P. Дои:10.1063/1.1705200.
  2. ^ Penrose, R .; MacCallum, M.A.H. (1973). «Твисторная теория: подход к квантованию полей и пространства-времени». Отчеты по физике. 6 (4): 241–315. Bibcode:1973ФР ..... 6..241П. Дои:10.1016/0370-1573(73)90008-2.
  3. ^ Пенроуз, Роджер; Риндлер, Вольфганг (1986). Спиноры и пространство-время. Издательство Кембриджского университета. С. Приложение. Дои:10.1017 / cbo9780511524486. ISBN  9780521252676.
  4. ^ Hughston, L.P .; Мейсон, Л. Дж. (1988). «Обобщенная теорема Керра-Робинсона». Классическая и квантовая гравитация. 5 (2): 275. Bibcode:1988CQGra ... 5..275H. Дои:10.1088/0264-9381/5/2/007. ISSN  0264-9381.
  5. ^ а б Пенроуз Р. (1976). «Нелинейные гравитоны и теория криволинейных твисторов». Gen. Rel. Грав. 7, 31–52.
  6. ^ Уорд, Р.С. (1977). «О самодуальных калибровочных полях». Письма о физике A. 61 (2): 81–82. Bibcode:1977PhLA ... 61 ... 81Вт. Дои:10.1016/0375-9601(77)90842-8.
  7. ^ 1951-, Уорд, Р. С. (Ричард Сэмюэл) (1990). Твисторная геометрия и теория поля. Уэллс, Р. О. (Раймонд О'Нил), 1940 -. Кембридж [Англия]: Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0521422680. OCLC  17260289.CS1 maint: числовые имена: список авторов (связь)
  8. ^ Мейсон, Лайонел Дж; Вудхаус, Николас М Дж (1996). Интегрируемость, самодуальность и твисторная теория. Оксфорд: Clarendon Press. ISBN  9780198534983. OCLC  34545252.
  9. ^ Дунайский, Мацей (2010). Солитоны, инстантоны и твисторы. Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN  9780198570622. OCLC  507435856.
  10. ^ Atiyah, M.F .; Хитчин, штат Нью-Джерси; Дринфельд, В.Г .; Манин, Ю.И. (1978). «Построение инстантонов». Письма о физике A. 65 (3): 185–187. Bibcode:1978ФЛА ... 65..185А. Дои:10.1016 / 0375-9601 (78) 90141-х.
  11. ^ Виттен, Эдвард (1978). «Интерпретация классической теории Янга-Миллса». Письма по физике B. 77 (4–5): 394–398. Bibcode:1978ФЛБ ... 77..394Вт. Дои:10.1016/0370-2693(78)90585-3.
  12. ^ Изенберг, Джеймс; Яскин, Филипп Б .; Грин, Пол С. (1978). «Несамодуальные калибровочные поля». Письма по физике B. 78 (4): 462–464. Bibcode:1978ФЛБ ... 78..462И. Дои:10.1016/0370-2693(78)90486-0.
  13. ^ Виттен, Эдвард (6 октября 2004 г.). "Пертурбативная калибровочная теория как теория струн в твисторном пространстве". Коммуникации по математической физике. 252 (1–3): 189–258. arXiv:hep-th / 0312171. Bibcode:2004CMaPh.252..189W. Дои:10.1007 / s00220-004-1187-3.
  14. ^ Ройбан, Раду; Спрадлин, Маркус; Волович, Анастасия (30.07.2004). "Трехуровневая S-матрица теории Янга-Миллса". Физический обзор D. 70 (2): 026009. arXiv:hep-th / 0403190. Bibcode:2004ПхРвД..70б6009Р. Дои:10.1103 / PhysRevD.70.026009.
  15. ^ Берковиц, Натан; Виттен, Эдвард (2004). «Конформная супергравитация в теории твисторных струн». Журнал физики высоких энергий. 2004 (8): 009. arXiv:hep-th / 0406051. Bibcode:2004JHEP ... 08..009B. Дои:10.1088/1126-6708/2004/08/009. ISSN  1126-6708.
  16. ^ Качазо, Фредди; Сврчек, Питер; Виттен, Эдвард (2004). «Вершины MHV и амплитуды деревьев в калибровочной теории». Журнал физики высоких энергий. 2004 (9): 006. arXiv:hep-th / 0403047. Bibcode:2004JHEP ... 09..006C. Дои:10.1088/1126-6708/2004/09/006. ISSN  1126-6708.
  17. ^ Адамо, Тим; Буллимор, Мэтью; Мейсон, Лайонел; Скиннер, Дэвид (2011). «Амплитуды рассеяния и петли Вильсона в твисторном пространстве». Журнал физики A: математический и теоретический. 44 (45): 454008. arXiv:1104.2890. Bibcode:2011JPhA ... 44S4008A. Дои:10.1088/1751-8113/44/45/454008.
  18. ^ Бритто, Рут; Качазо, Фредди; Фэн, Бо; Виттен, Эдвард (2005-05-10). "Прямое доказательство отношения рекурсии амплитуды рассеяния на трех уровнях в теории Янга-Миллса". Письма с физическими проверками. 94 (18): 181602. arXiv:hep-th / 0501052. Bibcode:2005ПхРвЛ..94р1602Б. Дои:10.1103 / PhysRevLett.94.181602. PMID  15904356.
  19. ^ Мейсон, Лайонел; Скиннер, Дэвид (01.01.2010). «Амплитуды рассеяния и рекурсия BCFW в твисторном пространстве». Журнал физики высоких энергий. 2010 (1): 64. arXiv:0903.2083. Bibcode:2010JHEP ... 01..064M. Дои:10.1007 / JHEP01 (2010) 064. ISSN  1029-8479.
  20. ^ Аркани-Хамед, Н .; Cachazo, F .; Cheung, C .; Каплан, Дж. (01.03.2010). «S-матрица в твисторном пространстве». Журнал физики высоких энергий. 2010 (3): 110. arXiv:0903.2110. Bibcode:2010JHEP ... 03..110A. Дои:10.1007 / JHEP03 (2010) 110. ISSN  1029-8479.
  21. ^ Аркани-Хамед, Н .; Cachazo, F .; Cheung, C .; Каплан, Дж. (01.03.2010). «Двойственность для S-матрицы». Журнал физики высоких энергий. 2010 (3): 20. arXiv:0907.5418. Bibcode:2010JHEP ... 03..020A. Дои:10.1007 / JHEP03 (2010) 020. ISSN  1029-8479.
  22. ^ Мейсон, Лайонел; Скиннер, Дэвид (2009). «Двойная суперконформная инвариантность, твисторы импульса и грассманианы». Журнал физики высоких энергий. 2009 (11): 045. arXiv:0909.0250. Bibcode:2009JHEP ... 11..045M. Дои:10.1088/1126-6708/2009/11/045. ISSN  1126-6708.
  23. ^ Ходжес, Эндрю (2013-05-01). «Устранение ложных полюсов из теоретико-калибровочных амплитуд». Журнал физики высоких энергий. 2013 (5): 135. arXiv:0905.1473. Bibcode:2013JHEP ... 05..135H. Дои:10.1007 / JHEP05 (2013) 135. ISSN  1029-8479.
  24. ^ Аркани-Хамед, Нима; Bourjaily, Jacob L .; Качазо, Фредди; Гончаров, Александр Б .; Постников Александр; Трнка, Ярослав (21 декабря 2012). «Амплитуды рассеяния и положительный грассманиан». arXiv:1212.5605 [hep-th ].
  25. ^ Качазо, Фредди; Скиннер, Дэвид (2013-04-16). «Гравитация из рациональных кривых в твисторном пространстве». Письма с физическими проверками. 110 (16): 161301. arXiv:1207.0741. Bibcode:2013ПхРвЛ.110п1301С. Дои:10.1103 / PhysRevLett.110.161301. PMID  23679592.
  26. ^ Скиннер, Дэвид (2013-01-04). "Твисторные струны для N = 8 супергравитации". arXiv:1301.0868 [hep-th ].
  27. ^ Качазо, Фредди; Он, Песня; Юань, Эллис Йе (2014-07-01). «Рассеяние безмассовых частиц: скаляры, глюоны и гравитоны». Журнал физики высоких энергий. 2014 (7): 33. arXiv:1309.0885. Bibcode:2014JHEP ... 07..033C. Дои:10.1007 / JHEP07 (2014) 033. ISSN  1029-8479.
  28. ^ Качазо, Фредди; Он, Песня; Юань, Эллис Йе (01.07.2015). «Уравнения рассеяния и матрицы: от Эйнштейна до Янга-Миллса, DBI и NLSM». Журнал физики высоких энергий. 2015 (7): 149. arXiv:1412.3479. Bibcode:2015JHEP ... 07..149C. Дои:10.1007 / JHEP07 (2015) 149. ISSN  1029-8479.
  29. ^ Мейсон, Лайонел; Скиннер, Дэвид (2014-07-01). «Струны амбитвистора и уравнения рассеяния». Журнал физики высоких энергий. 2014 (7): 48. arXiv:1311.2564. Bibcode:2014JHEP ... 07..048M. Дои:10.1007 / JHEP07 (2014) 048. ISSN  1029-8479.
  30. ^ Берковиц, Натан (2014-03-01). «Предел бесконечного натяжения чистой спинорной суперструны». Журнал физики высоких энергий. 2014 (3): 17. arXiv:1311.4156. Bibcode:2014JHEP ... 03..017B. Дои:10.1007 / JHEP03 (2014) 017. ISSN  1029-8479.
  31. ^ Гейер, Ивонн; Липштейн, Артур Э .; Мейсон, Лайонел (2014-08-19). «Струны Ambitwistor в четырех измерениях». Письма с физическими проверками. 113 (8): 081602. arXiv:1404.6219. Bibcode:2014ПхРвЛ.113х1602Г. Дои:10.1103 / PhysRevLett.113.081602. PMID  25192087.
  32. ^ Казали, Эдуардо; Гейер, Ивонн; Мейсон, Лайонел; Монтейро, Рикардо; Рериг, Кай А. (01.11.2015). «Новые амбитвисторные теории струн». Журнал физики высоких энергий. 2015 (11): 38. arXiv:1506.08771. Bibcode:2015JHEP ... 11..038C. Дои:10.1007 / JHEP11 (2015) 038. ISSN  1029-8479.
  33. ^ Адамо, Тим; Казали, Эдуардо; Скиннер, Дэвид (2014-04-01). «Струны амбитвистора и уравнения рассеяния на одной петле». Журнал физики высоких энергий. 2014 (4): 104. arXiv:1312.3828. Bibcode:2014JHEP ... 04..104A. Дои:10.1007 / JHEP04 (2014) 104. ISSN  1029-8479.
  34. ^ Гейер, Ивонн; Мейсон, Лайонел; Монтейро, Рикардо; Туркин, Петр (16.09.2015). "Петлевые интегранты для амплитуд рассеяния от сферы Римана". Письма с физическими проверками. 115 (12): 121603. arXiv:1507.00321. Bibcode:2015ПхРвЛ.115л1603Г. Дои:10.1103 / PhysRevLett.115.121603. PMID  26430983.
  35. ^ Адамо, Тим; Казали, Эдуардо; Скиннер, Дэвид (2015-02-01). «Теория мирового листа для супергравитации». Журнал физики высоких энергий. 2015 (2): 116. arXiv:1409.5656. Bibcode:2015JHEP ... 02..116A. Дои:10.1007 / JHEP02 (2015) 116. ISSN  1029-8479.
  36. ^ Фербер, А. (1978), "Супертвисторы и конформная суперсимметрия", Ядерная физика B, 132 (1): 55–64, Bibcode:1978НуФБ.132 ... 55Ф, Дои:10.1016/0550-3213(78)90257-2.
  37. ^ Пенроуз 2004, стр. 1000.
  38. ^ Пенроуз Р. (2015). «Дворцовая твисторная теория и проблема твисторного гугля». Фил. Пер. R. Soc. А 373: 20140237.
  39. ^ "Образное состояние ума Майкла Атьи"Журнал Quanta.

Рекомендации

  • Роджер Пенроуз (2004), Дорога к реальности, Альфред А. Кнопф, гл. 33. С. 958–1009.
  • Роджер Пенроуз и Вольфганг Риндлер (1984), Спиноры и пространство-время; т. 1.Двухспиновое исчисление и релятивитные поля., Cambridge University Press, Кембридж.
  • Роджер Пенроуз и Вольфганг Риндлер (1986), Спиноры и пространство-время; т. 2, Спинорные и твисторные методы в геометрии пространства-времени, Cambridge University Press, Кембридж.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка