О классификации неприводимых представлений янгиана супералгебры Ли sl (1, 2)
Автор: Стукопин Владимир Алексеевич
Журнал: Вестник Донского государственного технического университета @vestnik-donstu
Рубрика: Физико-математические науки
Статья в выпуске: 8-1 (59) т.11, 2011 года.
Бесплатный доступ
Получена классификация неприводимых конечномерных представлений янгиана супералгебры Ли sl(1,2) - супералгебры Хопфа, имеющей многочисленные применения в современной теоретической и математической физике. Предложены возможные приложения полученного результата в математической физике.
Янгиан, супералгебра ли, неприводимое представление, модуль, супералгебра хопфа
Короткий адрес: https://sciup.org/14249665
IDR: 14249665
Текст научной статьи О классификации неприводимых представлений янгиана супералгебры Ли sl (1, 2)
Введение. Описание неприводимых представлений янгианов является важной задачей для теории точно решаемых моделей статистической механики и квантовой теории поля. С точки зрения теории янгианов конструкция трансфер-матрицы основана на нахождении образа универсальной R-матрицы квантового дубля янгиана [1] при действии тензорного произведения неприводимого представления и тождественного отображения. Вычисление спектра гамильтониана и корреляционных функций также может быть проведено на основе теории представлений янгианов при использовании формулы для универсальной R-матрицы. Поэтому теория представлений янгианов простых и редуктивных алгебр Ли является хорошо изученной, которая начала развиваться еще до появления самого термина – янгиан. В противоположность этому теория янгианов супералгебр Ли является относительно молодой дисциплиной, первые результаты в которой были получены во второй половине 90-х годов. К настоящему времени число приложений теории янгианов супералгебр Ли значительно выросло, в частности, прояснилась связь с квантовой теорией суперструн и теорией калибровочных полей Янга – Миллса, играющих важнейшую роль в современной фундаментальной физике [2, 3].
В работе исследуются представления янгианов супералгебр Ли типа sl (1,2) [4], основной результат – теорема о классификации конечномерных неприводимых представлений янгиана базисной супералгебры Ли типа sl ( n , m ) . Рассматривается простейший случай супералгебры Ли sl (1,2) наиболее близкой по свойствам к простой алгебре Ли типа sl (2), который позволяет продемонстрировать все существенные черты развиваемой теории.
Были использованы следующие стандартные обозначения: C – поле комплексных чисел, N - множество натуральных чисел, Z + - множество неотрицательных целых чисел.
Формулировка основного результата. Пусть g = sl (1,2) = A(0,1) - базисная супералгебра Ли, определяемая следующей матрицей Картана A = | 0 1 | [4]. Янгиан Y(g) = Y(sl(1,2)) [5, 7] -1-12 J ассоциативная супералгебра над кольцом формальных степенных рядов С[[й]], порожденная образующими x^rr,hj,k,i, j g I = {1,2},r,k g Z +, степени которых определяются формулами: deg(x±2,s) = deg(h1,s) = deg(h2,s) = 0, deg(x\s) = 1, s g Z+, удовлетворяющие следующей системе определяющих соотношений [7, определение 2]:
[h ik , h ji ] = 0, i , j = 1,2; k e Z + ;
[ x + ik , x - j,i ] = 5 , , h k + i , i , j e I = {1,2}, k , l e Z + ; [ h i ,0 , x ± j,k ] = a a ^ K ± bk , i , j = 1,2; k e Z + ;
a
[ x a i,k + 1 , x a j, ] = [ x ± i,k , x a j, + 1 ] a j {h ik x ± j,i }, i , j = 1,2; k , l e Z + ;
[ x^ k , [ x± .x^ r ]] + [ x±, , [ x± x^ J] = 0, i , j = 1,2; k , l , r e Z+ . ,n ,' j , ' ,,n j , ' +
Здесь a - элементы матрицы Картана A = (a..)2. 1=| 0 1 |; [a,b] = ab -(-1)deg(aydeg(b)ba обо-iI j-i, j=1 1-12 J значает коммутатор, {a, b} = ab + (-1)deg(aydeg(b) ba - антикоммутатор элементов a, b . Отметим, что элементы янгиана степени 0 называются четными, а степени 1 – нечетными.
Замечание 1. Заметим, что Y ( g ) является на самом деле супералгеброй Хопфа [7], но для формулировки основного результата структура коумножения не требуется, поэтому ее описание структуры опускается.
Пусть V - модуль над янгианом Y(g) супералгебры Ли g = si(1,2), d = {di,r}; i e I, r e Z + -набор комплексных чисел. Будем обозначать через Vd и называть весовым подпространством мо- дуля V подпространство Vd = {и eV : hi rv = di rv}, при этом d = {di r} - вес янгианного модуля. Необходимо описать структуру конечномерных модулей над янгианом Y(g), а также сформулировать необходимые и достаточные условия того, что неприводимый модуль является конечномерным.
Вектор v e V называется примитивным, если v e V d и x i a r v = 0 для всех i e I , r e Z + , а модуль V модулем со старшим весом, если он порождается примитивным вектором, т. е. V = Y ( g ) v для некоторого примитивного вектора v e V d (d ). Модуль V со старшим весом d будем также обозначать через V = V(d ).
Главный результат работы – теорема о классификации неприводимых конечномерных ян-гианных модулей.
Теорема. 1) Каждый неприводимый конечномерный Y(A(0,1))-модуль V является модулем со старшим весом d , т. е. V = V(d).
2) Модуль V(d) конечномерен тогда и только тогда, когда существуют многочлен P2d, а также многочлены P1d,Q1d, удовлетворяющие следующим условиям: все многочлены со старшими коэффициентами, равны 1;
P 2 (U + 1) P 2 d ( u )
да
= 1 + у du - k - 1
2,k k =0
P 1 d ( u )
Q 1 d ( u )
да
=1+ Е d1ku
k = 0
k - 1
Доказательство основного результата. Приведем схему доказательства теоремы 1, дающей классификацию неприводимых конечномерных представлений янгиана Y(sl(1, 2)) . Обозначим че- рез B1,n, B2,n линейные оболочки следующих векторов:
B 1,n =< x 1 - k 1 x 1 - k2 ...x 1 - k r v + I k 1 + 1 + ... + k r + 1 ^ n ) , (3)
B 2n = < ( x - k 1 ) t1 ( x, k 2 ) t 2 ...( x - k r ) tr v + | t 1 (k 1 + 1) + ... + t r (k r + 1) < n ) . (4)
Лемма 1. Если B1 n = B 1 n + 1 , то B1 n = B 1 n + к для произвольного натурального числа k е N .
Доказательство. Пусть а е B 1 n . Покажем сначала, что любой вектор из B 1 n + k можно представить как образ B 1 n при действии картановской подалгебры н = { h 1 k , h2 k | к е Z + }, именно B 1 n + к с н B 1 n + к . При к = 1 этот факт вытекает из условия леммы. Пусть теперь к = 2. Потребуется следующее соотношение:
h i ,1 x jn v + = x j ,n h i ,1 v + + [ h i ,1 , x jn v + = x jn h i ,1 v + + [ h i ,0 , x -n + 1 v + +
+ ( a j /2)( h i ,0 x j,n + x j,n h i, 0 ) V + = d i , 1 x jn v + + ^xM + 1 v + + ( a j /2)( h i ,0 x j,n + x j,n h i, 0 ) V + =
= a j xb n + 1 v + + ( d i , 1 + a j №, 0 + a j ) x j , n v + .
Используя это соотношение докажем лемму.
Пусть а е B 1 n + 2, тогда a = ^Lx 7 s,ksb s v + • Представим элемент а в виде s = 1
a = £ a i S -1, i s h - 1,1 , x i s , k s - 1 ] b s v + • (5)
s = 1
Используя несколько раз приведенные выше два коммутационных соотношения, можно представить элемент a в виде суммы элементов из B1 n+1 и произведения xi 1 и элемента из B1 n+1. Так как каждый элемент из B1 n+1 содержится в B1n, то последовательно получаем, что a е B1 n+1 и, следовательно, в силу условия леммы a е B1n. Лемма доказана.
Пусть теперь x (n ) = x. k ... x. ,,k + k + ... + k = n , k < k , < ... < k . ' 1 x ' 1, k j 1, Kr ' 12 r • Г r — 1 1
Лемма 2. Если вектор x ~( n + 1) е B 1 n , то и вектор x ~( n + k + 1) е B1 n для произвольного числа k е Z + .
Следует отметить, что леммы 1 и 2 эквивалентны. Формулировка второй леммы бывает иногда удобнее для применения.
Докажем теперь теорему. П.1 теоремы доказывается относительно стандартными для теории представлений рассуждениями. Поэтому несколько подробнее остановимся на схеме доказательства п.2, которое в большей степени использует особенности структуры янгиана. Покажем, достаточно схематично, как утверждение теоремы выводится из сформулированных выше лемм. Введем производящую функцию образующих:
да
x ; = £ x i s u — s — 1 , i = 1,2.
s = 1
N
Из доказанных лемм вытекает, что x ;( u ) v + = £ ₽ m (u)v i , m , где векторы {v i , m } образуют m = 0
базис в Bin,i = 1,2. Фактически может быть получен явный вид для функций pm(u). Будем ис пользовать pm (u) вместо em (u). Здесь следует отметить, что вид pm (u), по существу, известен, как и все результаты, относящиеся к четным образующим. Они вытекают из описания неприводимых представлений янгиана алгебры Ли sl(2) . Поэтому остановимся только на доказательстве результатов, относящихся к нечетной части янгиана Y(sl(1, 2)) . Потребуется часть определяющих соотношений в янгиане в специальной форме:
[ h 2 ( u ), x 1 (t )] =
h 2 ( u )( x 1 (t ) — x f ( u )) + ( x 1 (t ) — x f ( u )) h 2 ( u ) u — t
[ h 2 ( u ), x f( t )] = 0.
Пусть v. t = x v , тогда соотношение имеет вид 1, k 1, к +
N x ; (и ) = £ ₽ i (u ) v i, i . (8)
i = 0
Отметим, что х N да N N да x (u )v + = E ч ku -k-1v + = E ч ku -k-1v + + E ч ku -k-1v + = E x ku -k-1v ++ ЕЁф ku - i-1v1, к.
к = 0 k = 0 k = N + 1 k = 0 k = 0 i = 0
Обозначим ф k (и) = ЁФ ku - i-1, и пусть Ф k (и) = и -k-1 + Фk (u), следовательно i=0
Ф k ” -v k - 1 -V N V N = 0, k > 0; (9)
-
ф+ -V N v = du + k + 1 -I E ^ j d^ . (10)
j = 0
Доказываются соотношения (9), (10) по индукции, на основе системы определяющих соотношений в янгиане и соотношений (6) – (8). Подробные доказательства этих соотношений громоздки, они опускаются. Из полученных соотношений при помощи несложных преобразований и получаются доказываемые соотношения (2). Теорема доказана.
Замечание 2. Многочлены, участвующие в формулировке теоремы, можно рассматривать как аналоги старших весов представления супералгебры Ли. Таким образом, теорема является аналогом для янгианов результата, полученного В. Г. Кацем [8], дающего классификацию неприводимых представлений базисной супералгебры Ли в терминах старших весов. При этом степень многочлена является аналогом целочисленности веса. В нашем случае нечетному корню соответствует пара многочленов, что согласуется с результатом В. Г. Каца, что вес, соответствующий нечетному корню, не обязан быть целочисленным [8].
Замечание 3. В работах [5], [6] получены мультипликативные формулы для универсальных R-матриц янгиана и его квантового дубля в случае супералгебры Ли типа sl ( m , n ) . Комбинируя этот результат с результатом теоремы, можно получить явные формулы для квантовых R-матриц и L операторов в анзаце Бете, что весьма важно для исследования струнных теорий в рамках AdS гипотезы [2]. Изложению этих результатов будет посвящена отдельная работа.
Выводы. Получена классификация неприводимых представлений янгиана супералгебры Ли sl (1,2) . Этот результат, по существу, является простейшим в ряду классификационных теорем, описывающих простые модули над янгианами базисных супералгебр Ли. Обобщения результата, потребуют значительно больших технических усилий и должны опираться на пока еще не доказанную общую теорему Пуанкаре – Биркгофа – Витта для янгианов базисных супералгебр Ли. Значение этого результата заключается в том, что в случае когда диаграмма Дынкина базисной супералгебры Ли содержит «серые» корни, на него можно будет опираться при доказательстве теоремы о классификации неприводимых представлений.
Список литературы О классификации неприводимых представлений янгиана супералгебры Ли sl (1, 2)
- Drinfeld V. Quantum groups/V. Drinfeld//Proc. Int. Cong. Math. -V. 1. -Berkley, 1988. -P. 789-820.
- Dolan L. Yangian Symmetry in D = 4 Superconformal Yang-Mills theory/L. Dolan, Ch. Nappi, E. Witten//arXiv: hep-th/0401243, 2004.
- Spill F. On Drinfeld's second realization of the AdS/CFT su(2, 2) Yangian/F. Spill, A. Torrielli//arXiv: hep-th/0803.3194, 2008.
- Frappat L. Dictionary on Lie Superalgebras/L. Frappat, P. Sorba. -London: Academic Press, 2000.
- Стукопин В.А. О дубле янгиана супералгебры Ли типа A (m, n)/В.А. Стукопин//Функцион. анализ и его приложение. -2006. -Т. 40. -№ 2. -C. 81-84.
- Стукопин В.А. Квантовый дубль янгиана супералгебры Ли типа A (m, n) и вычисление универсальной R-матрицы/В.А. Стукопин//Фундамент. и прикладная математика. -2005. -Т. 11. -№ 2. -C. 185-208.
- Стукопин В.А. О янгианах супералгебр Ли типа A (m, n)/В.А. Стукопин//Функцион. анализ и его приложение. -1994. -Т. 28. -№ 3. -С. 85-88.
- Kac V. A Sketch of Lie Superalgebra Theory/V. Kac//Commun. Math. Phys. -1977. -53. -P. 31-64.
- Тарасов В.О. О строении квантовых L операторов для R-матрицы XXZ модели/В.О. Тарасов//Теорет. и мат. физика. -1984. -Т. 61. -№ 2. -С. 163-173.
- Тарасов В.О. Неприводимые матрицы монодромии для R-матрицы XXZ модели и решеточные квантовые локальные гамильтонианы/В.О. Тарасов//Теорет. и мат. физика. -1985. -Т. 63. -№ 2. -С. 175-196.
- Zhang R.B. Representations of super Yangian/R.B. Zhang//J. Math. Phys. -1995. -V. 36. -P. 3854-3865.