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Integral cohomology de $SU(n)$ - en busca de constantes

Estoy interesado en explícito generadores de la cohomology $H^\bullet(SU(n),\mathbb{Z})$. Deje $\omega = g^{-1} dg$ ser el Maurer-Cartan forma en $SU(n)$. Las formas $\alpha_3,\alpha_5,\dots,\alpha_{2n-1}$, definido por $$ \alpha_k := \text{Tr}(\omega^{k})$$ son bi-invariante y definir clases de de Rham cohomology.

Es bien sabido que la cohomology álgebra $H^\bullet(SU(n),\mathbb{R})$ es un álgebra exterior en $\alpha_3,\dots,\alpha_{2n-1}$. Más precisamente, mi pregunta es, pues, la siguiente: encontrar el óptimo constantes $C_k$ tal que $C_k \cdot \alpha_k$ es una parte integral de la clase.

Para $n=2$, que he encontrado en la literatura que $C_3$ es $(24\pi^2)^{-1}$. Pero no puedo encontrar una referencia de las dimensiones superiores.

Espero que $C_k = q_k \cdot \pi^{-(k+1)/2}$, con $q_k$ algún número racional, porque el volumen de la esfera $\mathbb{S}^{2k-1}$, pero yo no precisa prueba.

Parece, por los comentarios en Cohomology de el grupo unitario que una interpretación en términos de transgresión puede resolver mi problema, pero no estoy muy familiarizado con esto.

Gracias!

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peSHIr Puntos 3911

Parece que el requerido coeficiente dado en

La discusión en la página.237 dice que $$ \left(\frac{i}{2\pi}\right)^m\frac{(m-1)!}{(2m-1)!}\alpha_{2m-1} $$ corresponde, en virtud de la identificación de ${\rm H}^{2m-1}({\rm U}(n),\mathbb{Z})\cong {\rm Hom}({\rm H}_{2m-1}({\rm U}(n),\mathbb{Z}),\mathbb{Z})$, a un generador de la imagen de la Hurewicz mapa de $\pi_{2m-1}({\rm U}(n))\to{\rm H}_{2m-1}({\rm U}(n),\mathbb{Z})$.

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Demortes Puntos 11

OK, lo he entendido cómo funciona. Este es el material clásico pero parece difícil encontrar una respuesta en la literatura para los no especialistas; así que permítanme explicar.

Consideramos que el universal bundle $E U(n) \rightarrow B U(n)$ con fibra de $U(n)$. Desde $E U(n)$ es contráctiles, la Serre espectral de la secuencia de la fibration da información sobre la cohomology de $U(n)$. Recuerdo que $H^{\bullet}(BU(n),\mathbb{Z}) = \mathbb{Z}[c_1,c_2,\dots,c_n]$ donde $c_p$ es de grado $2p$. Lo que el espectro de la secuencia que dice es que para cada una de las $c_p$ corresponde a una clase de $x_p$ en $H^{2p-1}(U(n),\mathbb{Z})$, lo que transgrede $c_p$.

Con el fin de responder a mi pregunta, necesitamos entender cómo expresar estos $x_p$ en términos de $c_p$.

Deje $I = I(\mathfrak{u}(n))^{U(n)}$ ser el espacio de polinomios invariantes en $\mathfrak{u}(n)$. El Chern-Weil isomorfismo $W$ da $I \cong H^{2\bullet}(BU(n),\mathbb{R})$.

Si $P$ es de grado $l$ en $I$, se puede considerar que la cohomology de la clase $W(P)$ y transgredir para obtener un cohomology clase de grado $2l-1$ en $U(n)$; denotando por $TP$ la clase obtenidos, se puede demostrar que $$ TP = \frac{(-1)^{l-1}}{2^{l-1} {2l-1 \choose l} } P(\omega \wedge [\omega,\omega]^{l-1})$$ (véase la ecuación 3.10 en Chern-Simons, Característico de Formas Geométricas y los Invariantes ; un menos uno que parece faltar en el denominador).

La conclusión es que tenemos que saber que invariante polinomios dar integral clases en $H^{2\bullet}(BU(n),\mathbb{Z})$. Pero, por supuesto, estos son sólo los polinomios utilizados para calcular las clases de Chern de un vector paquete.

Desde los polinomios que considero en mi pregunta corresponden a la Chern personaje, uno tiene que relacionar la Chern carácter y clase de Chern para responder. Tome $l=2$, por ejemplo. Definimos el polinomio $ch_2(A) = \frac{-1}{8\pi^2}\text{Tr}(A^2)$. Si $c_1$ e $c_2$ son la primera y la segunda Chern polinomios, uno tiene $$ ch_2 = \frac{1}{2}(c_1^2 - 2c_2).$$ La transgresión $Tc_1^2$ desvanece para que $Tch_2 = Tc_2$ es una parte integral de la clase (y este es el óptimo para la constante).

Esto le da a ese $\frac{1}{48\pi^2} \text{Tr}(\omega \wedge [\omega,\omega]) = \frac{1}{24\pi^2} \text{Tr}(\omega^3)$ es una parte integral de la clase, como se decía.

Edit --- Con el mismo método, se pueden calcular las constantes de $l=3$, pero esto es bastante sutil. En primer lugar, definimos $$ ch_3 = \frac{1}{6}(c_1^3 - 3c_1 c_2 + 3c_3)$$ de modo que $ch_3(A) = \frac{1}{6}\Big(\frac{1}{2\pi i}\Big)^3 \text{Tr}(A^3)$. La transgresión de $c_1^3$ es cero y las transgresiones de $c_1 c_2$ e $c_3$ son de curso integral. Esto muestra que la transgresión de $2ch_3$ es integral.

Informática, este da $T(2ch_3) = \frac{1}{24 \pi^3} \frac{1}{10} \text{Tr}(\omega^3)$. (Se me olvida el $i$-factor)

Si uno utiliza Matías fórmula, se encontrará con que $\frac{1}{480 \pi^3} \text{Tr}(\omega^3)$ es integral, que es mejor por un factor de $2$.

De hecho, la clase $c_1 c_2 - c_3$ es siempre igual. Este es uno de los llamados Schwarzenberger condición. Esto muestra que, de hecho, $T(ch_3)$ es integral y explica el $2$-factor.

Esta discusión muestra que el óptimo constante que puede ser difícil de obtener, a partir de ambos métodos (ya que de hecho, no hay ninguna garantía de que el Hurewicz mapa mapas para no divisible clase). De todos modos, la imagen es muy buena :-).

La observación de que, en general, la fórmula de Matías dice exactamente que la transgresión de $ch_l$ es integral, lo que no es obvio para mí.

5voto

Eric Schlarmann Puntos 286

Me confundí por algunos de los comentarios en las otras respuestas y por lo que decidió trabajar por mi cuenta. Esperemos que la siguiente es útil para las personas que se lanzaron a esta pregunta, como yo.

Uno puede, de hecho, utilizar la transgresión como se discutió en Jeremy Daniel respuesta para resolver este problema, ya que los generadores de $H^*(BU; \mathbb{Z})\cong \mathbb{Z}[c_1,c_2,\dots]$ son bien conocidos y dado por las clases de Chern. Las siguientes propiedades de la transgresión mapa de $T$ son importantes para nosotros:

  • La transgresión de no trivial de la copa de productos es $0$, y por lo tanto nos tiene que $(-1)^{k-1} (k-1)! T(ch_k) = T(c_k)$ para el Chern carácter/ Chern clases

  • La transgresión de las Chern carácter $ch_k$ dos veces en el camino de bucle fibration da la Chern carácter $ch_{k-1}$ en un grado inferior en virtud de la identificación de $\Omega^2 BU \sim BU$, desde el Chern carácter es compatible con la periodicidad de Bott

  • La transgresión de un integrante de la clase debe dar siempre una parte integral de la clase

Es claro que la transgresión $T(ch_k) = (-1)^{k-1}\left(\frac{i}{2 \pi}\right)^k \frac{(k-1)!}{(2k-1)!} \alpha_{2k-1}$ no puede ser la imagen de un integrante del generador bajo el coeficiente de homomorphism $H^{2k-1}(U;\mathbb{Z})\to H^{2k-1}(U;\mathbb{R})$ en general, desde la transgresión de nuevo en el camino de bucle fibration sería entonces el rendimiento que $T(T(ch_k)) = ch_{k-1}$ es una integral cohomology de la clase, que es malo para $k>2$.

Lo que se afirma en Matthias Wendt la respuesta sigue siendo cierto: Si estamos en el rango estable, luego sobre una superficie suave mapa de $f\colon S^{2k-1}\to U(n)$ que genera el homotopy grupo $\pi_{2k-1}(U(n)) = \mathbb{Z}$, de esta forma se evalúa a $\int_{S^{2k-1}} f^* T(ch_k)=1$. El punto crucial aquí es que la imagen de un generador bajo el Hurewicz homomorphism $h\colon \pi_{2k-1}(U) \to H_{2k-1}(U;\mathbb{Z})$ es divisible exactamente por $(k-1)!$. Esto puede ser deducido a partir de la última corolario en el capítulo 8 en

Bott, Raoul. El espacio de bucles en una Mentira grupo. Michigan Matemáticas. J. 5 (1958), no. 1, 35--61. doi:10.1307/mmj/1028998010. https://projecteuclid.org/euclid.mmj/1028998010,

que le da la instrucción correspondiente para BU. Esto significa que $(k-1)! T(ch_k)$ es un generador integrado, lo cual es consistente con el hecho de que la transgresión es una parte integral isomorfismo y por lo tanto debe asignar las clases de Chern integral de los generadores. Por lo tanto, el óptimo constante que hace que las formas $\alpha_{2k-1}$ integral en los generadores deben ser $a_k = \left(\frac{i}{2 \pi}\right)^k \frac{((k-1)!)^2}{(2k-1)!}$.

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