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$SU(2)$ Representación de $SO(3)$

A menudo he visto escrito que $SU(2)$ es un "doble representación" de $SO(3)$ (en física teórica libros, principalmente). Tengo un gran problema conceptual con esto, sin embargo.

Sé que no es una Mentira grupo de isomorfismo $SU(2)/\mathbb{Z}_2=SO(3)$, por lo que podemos asignar a cada matriz $R$ $SO(3)$ uno de los dos matrices $U$ o $-U$$SU(2)$. Pero sin duda la definición de una representación que nos obliga a elegir a $D(I) = I$ por lo que este "con dos valores:" los negocios se rompe?

Podría alguien explicar de dónde estoy pegado? También alguien podría ser capaz de que me apunte a un recurso de que se trata todo este material rigurosamente? No tengo antecedentes en la Teoría de la Representación y, en particular, no quieren leer mucho texto, pero al mismo tiempo estoy contento con la heurística de los argumentos de la mayoría de los libros de física. ¿Hay algún lúcido texto de tomar algunas camino del medio?

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Daniel Plaisted Puntos 11183

"$SU(2)$ es de dos valores de la representación de $SO(3)$" es una extraña frase no es totalmente claro qué se entiende por "dos valores" o "representación". Un posible significado, como se sugiere en los comentarios, es simplemente que $SU(2)$ es una doble cubierta de $SO(3)$. Pero sospecho que hay algo ligeramente diferente es decir.

$SU(2)$ tiene una canónica de representación unitaria $\pi$$\mathbb{C}^2$: es decir, la vista de un elemento de $SU(2)$ como un operador unitario en $\mathbb{C}^2$. Como es bien sabido, esto no descender a una representación ordinaria de $SO(3)$. Uno podría tratar de definir $\pi' \colon SO(3) \to U(\mathbb{C}^2)$ $\pi'(g) = \pi(g')$ donde $g'$ es un ascensor de $g$ $SU(2)$a lo largo de la doble cubierta de la $SU(2) \to SO(3)$, pero el problema es que no hay manera de elegir un levante $g'$ de todos los $g$ de tal manera que $\pi'$ se convierte en un homomorphism. Sin embargo, hay sólo dos opciones para un ascensor de cualquier $g$ y sólo se diferencian por un signo menos; así, mientras que es imposible hacer $\pi'$ real homomorphism, es un homomorphism a firmar:

$$\pi'(g_1 g_2) = \pm \pi'(g_1)\pi'(g_2)$$

Por lo tanto los físicos a veces como para pensar en la representación canónica de $SU(2)$ (que por cierto es el giro de la representación) como "dos valorado" la representación de $SO(3)$. Esto puede ser conveniente si sólo se preocupan por cosas como la posición y el momentum de una partícula que sólo dependen de la magnitud de la función de onda - y no se trata de cosas como la fase de centrifugado.

Los matemáticos tienen su propia manera de hacer sentido de esta. Recordemos que el proyectiva general lineal de un espacio vectorial $V$ sobre un campo $F$ se define a ser $GL(V)/F^\times$ donde $F^\times$ es el grupo multiplicativo de a $F - 0$. Uno define una representación proyectiva de un grupo de $G$ $V$ a ser un homomorphism $G \to PGL(V)$. Si $V$ tiene un Euclidiana / Hermitian estructura (en el real / complejo caso), también se puede hablar de proyectiva ortogonal / unitario representaciones; estos son homomorphisms en el grupo unitario de $V$ modulo el grupo de la unidad del campo de tierra. Con estas definiciones, la discusión anterior implica que la representación canónica de $SU(2)$ es de hecho un proyectiva ortogonal representación de $SO(3)$ (ya que el grupo de la unidad de $\mathbb{R}$ es sólo $\{\pm 1\}$).

Así que, en conclusión, me interpretar la frase "$SU(2)$ es de dos valores de la representación de $SO(3)$" para significar "la representación canónica de $SU(2)$ es una representación proyectiva de $SO(3)$".

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