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Los subgrupos finitos de SU(n)

Esta pregunta se inspira en la reciente pregunta "Los subgrupos finitos de SL(2,C)" . Mientras leía las respuestas allí recordé haber leído una vez que la identificación de los subgrupos finitos de SU(3) es todavía un problema abierto. He intentado comprobarlo y parece que al menos seguía abierto en los años ochenta.

¿Alguien puede confirmar o negar que los subgrupos finitos de SU(3) no son todos conocidos? Y si esto es cierto, ¿cuál es el origen de la dificultad?

En segundo lugar, ¿qué se sabe de los subgrupos finitos de SU(n) para n > 3?

ACTUALIZACIÓN: ¡Gracias a los de abajo que han corregido mi ignorancia! Parece que me he dejado engañar por algunos resúmenes especialmente sensacionalistas (o quizás sólo los he entendido mal).

44voto

PabloG Puntos 9308

Existe un algoritmo debido a Zassenhaus que, en principio, enumera todas las clases de conjugación de subgrupos finitos de grupos de Lie compactos. Creo que el algoritmo se utilizó para $\mathrm{SO}(n)$ durante al menos $n=6$ si no más alto. Creo que es caro de ejecutar, lo que significa que en la práctica sólo es útil para la baja dimensión.


Añadido

Ahora que estoy en mi oficina tengo mi carpeta orbifold conmigo y puedo enumerar algunos enlaces relevantes:

  1. Documento original de Zassenhaus (en alemán) Sobre un algoritmo para determinar los grupos espaciales
  2. Hay un libro de RLE Schwarzenberger Cristalografía N-dimensional con muchas referencias
  3. Hay un par de documentos en Acta Cryst. por Neubüser, Wondratschek y Bülow titulado Sobre la cristalografía en dimensiones superiores
  4. Hay una secuencia de documentos en Matemáticas. Comp. por Plesken y Pohst titulado Sobre los subgrupos irreducibles finitos máximos de GL(n,Z) que recuerdo que eran relevantes.

Independientemente de este algoritmo, hay algunos trabajos sobre $\mathrm{SU}(n)$ de la comunidad física motivada por la física de partículas elementales y consideraciones más modernas sobre el uso de orbifolds en la correspondencia gauge/gravedad.

El caso de $\mathrm{SU}(3)$ se realizó a mediados de la década de 1960 y se recoge en el documento Subgrupos finitos y desconectados de SU(3) y su aplicación al espectro de partículas elementales por Fairbairn, Fulton y Klink. Para el caso de $\mathrm{SU}(4)$ hay un documento más reciente Monografía sobre la clasificación de los subgrupos discretos de SU(4) de Hanany y He, y sus referencias.


Edición adicional

El papel Teorías gauge finitas no abelianas de Hanany y He tienen la lista correcta de subgrupos finitos de SU(3), basada en el trabajo de Yau y Yu Singularidades del cociente de Gorenstein en dimensión tres .

26voto

Bruce Westbury Puntos 6382

Los subgrupos finitos de SU(3) se conocen desde hace un siglo. Creo que puedes encontrarlo en estas referencias (mi biblioteca departamental no se remonta tan lejos):

MR1500676 Blichfeldt, H. F. Sobre el orden de los grupos lineales homogéneos. II. Trans. Amer. Math. Soc. 5 (1904), no. 3, 310--325. (doi: 10.1090/S0002-9947-1904-1500676-6 )

MR1511301 Blichfeldt, H. F. Los grupos primitivos finitos y discontinuos de colinaciones en cuatro variables. Las matemáticas. Ann. 60 (1905), nº 2, 204--231. ( EuDML )

MR1560123 Blichfeldt, H. F. Grupos de colineación finitos de Blichfeldt. El toro. Amer. Math. Soc. 24 (1918), nº 10, 484--487. ( Proyecto Euclides (acceso abierto)

y también en este libro

MR0123600 (23 #A925) Miller, G. A. ; Blichfeldt, H. F. ; Dickson, L. E. Theory and applications of finite groups. Dover Publications, Inc., Nueva York 1961 xvii+390 pp.

13voto

ændrük Puntos 158

Esto es realmente un comentario sobre la respuesta superior, pero como los nuevos usuarios no pueden comentar, dejaré que otra persona transfiera manualmente la información al lugar correcto.

Hay otro error en la lista de Fairbairn, Fulton y Klink (que se repite en la lista de Hanahy y He), que parece ser un malentendido de la clasificación de Blichfeldt et al. Dos de los casos de esa clasificación consisten en productos semidirectos de grupos abelianos por $A_3$ y $S_3$ . Sin embargo, ¡no se especifica qué grupos abelianos pueden darse de esta manera!

Fairbairn, Fulton y Klink asumen erróneamente que el grupo abeliano en cuestión tiene que ser $\mathbb{Z}/n\mathbb{Z} \times \mathbb{Z}/n \mathbb{Z}$ para algún número entero positivo $n$ dando lugar a los grupos que denotan $\Delta(3n^2)$ y $\Delta(6n^2)$ . Sin embargo, este no es el caso.

Ejemplo 1: $A_3$ actúa sobre la copia de $\mathbb{Z}/7\mathbb{Z}$ generado por la matriz diagonal con entradas $e^{2\pi i/7}, e^{4 \pi i/7}, e^{8 \pi i/7}$ ; este ejemplo ocurre dentro del subgrupo excepcional de orden 168. De forma más general, si $m,n$ son enteros positivos y $m^2+m+1 \equiv 0 \pmod{n}$ entonces $A_3$ actúa sobre la copia de $\mathbb{Z}/n\mathbb{Z}$ generado por la matriz diagonal con entradas $e^{2\pi i/n}, e^{2m \pi i/n}, e^{2m^2 \pi i/n}$ .

Ejemplo 2: $S_3$ actúa sobre la copia de $\mathbb{Z}/3\mathbb{Z} \times \mathbb{Z}/9\mathbb{Z}$ generado por las matrices diagonales con entradas $e^{2\pi i/9}, e^{2\pi i/9}, e^{14 \pi i/9}$ y $1, e^{2\pi i/3}, e^{4\pi i/3}$ ; este ejemplo ocurre dentro del subgrupo excepcional de orden 648.

No conozco una referencia para la clasificación completa de los grupos abelianos que pueden darse dentro del producto semidirecto. Yau y Yu no dicen más que Blichfeldt et al, aunque al menos proporcionan una útil reescritura de la clasificación en lenguaje moderno.

10voto

Eric Rowell Puntos 994

Un poco tarde con esto pero como no lo vi arriba lo mencionaré: El artículo de W. Feit MR0427449 (1970) dice que los grupos lineales finitos hasta la dimensión $7$ se han clasificado.

Tiene una lista de subgrupos primitivos de $G\subset SL(n,\mathbb{C})$ con $Z(G)\subset G^\prime$ hasta $n=7$ . Probablemente esto se ha mejorado.

10voto

Ian Agol Puntos 33953

Esto responde a la segunda pregunta "¿Qué se sabe de los subgrupos finitos de $SU(n)$ ". Un caso especial del lema de Margulis implica que para cada $n$ Hay un $m(n)$ tal que cualquier subgrupo finito de $O(n)$ tiene un subgrupo abeliano de índice $m(n)$ (véase el corolario 4.2.4 de El libro de Thurston ). Por tanto, existe un subgrupo abeliano normal de índice a lo sumo $m!$ . Así que uno puede hacer una afirmación: hay finitamente muchos grupos finitos para que cualquier subgrupo finito de $SU(n)$ es una extensión abeliana (de rango como máximo $n-1$ ) de uno de estos grupos finitos. Sería sería muy interesante obtener una estimación de la función $m(n)$ , que debería ser posible dando una prueba efectiva del teorema de Margulis. Una vez hice una búsqueda bibliográfica para ver si alguien había intentado esto, pero no encontré nada, y me gustaría saber si alguien sabe algo.

Adición: Trabajando hacia atrás desde el documento de Weisfeiler referido en el comentario de Keivan, encontré un resultado de Collins implica que un subgrupo lineal finito de $GL(n,C)$ tiene un subgrupo normal abeliano de índice a lo sumo $(n+1)!$ cuando $n\geq 71$ (y da el límite para todos los $n$ ). Dado que los subgrupos finitos de $GL(n,C)$ se conjugan en $U(n)$ este límite funciona para $SU(n)$ . Ver también Papel Collins sobre las representaciones primitivas, que contiene una discusión histórica sobre este problema.

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