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Los subgrupos finitos de SU(n)

Esta pregunta está inspirada en la reciente pregunta "Los subgrupos finitos de SL(2,C)". Mientras leía las respuestas allí, recordé que una vez leí que identificar los subgrupos finitos de SU(3) todavía es un problema abierto. He intentado verificar esto y parece que al menos seguía abierto en los años ochenta.

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

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

ACTUALIZACIÓN: ¡Gracias a quienes han corregido mi ignorancia abajo! Parece que tal vez me hayan engañado algunos resúmenes particularmente sensacionalizados (o tal vez simplemente los haya entendido mal).

37voto

PabloG Puntos 9308

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


Añadido

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

  1. El artículo original de Zassenhaus (en alemán) Über einen Algorithmus zur Bestimmung der Raumgruppen
  2. Hay un libro de RLE Schwarzenberger N-dimensional crystallography con muchas referencias
  3. Hay un par de artículos en Acta Cryst. por Neubüser, Wondratschek y Bülow titulados On crystallography in higher dimensions
  4. Hay una serie de artículos en Math. Comp. por Plesken and Pohst titulados On maximal finite irreducible subgroups of GL(n,Z) que recuerdo que eran relevantes.

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

El caso de $\mathrm{SU}(3)$ se realizó a mediados de la década de 1960 y está contenido en el artículo Finite and Disconnected Subgroups of SU(3) and their Application to the Elementary-Particle Spectrum de Fairbairn, Fulton y Klink. Para el caso de $\mathrm{SU}(4)$ hay un artículo más reciente A Monograph on the Classification of the Discrete Subgroups of SU(4) de Hanany y He, y referencias en él.


Edición adicional

El artículo Non-abelian finite gauge theories de Hanany y He tiene la lista correcta de subgrupos finitos de SU(3), basado en el artículo de Yau and Yu Gorenstein quotient singularities in dimension three.

25voto

Bruce Westbury Puntos 6382

Los subgrupos finitos de SU(3) han sido conocidos durante un siglo. Creo que puedes encontrarlo en estas referencias (mi biblioteca de departamento no llega hasta este punto):

MR1500676 Blichfeldt, H. F. Sobre el orden de los grupos homogéneos lineales. II. Trans. Amer. Math. Soc. 5 (1904), no. 3, 310--325.

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

MR1560123 Blichfeldt, H. F. Grupos de colineación finita de Blichfeldt. Bull. Amer. Math. Soc. 24 (1918), no. 10, 484--487.

y también en este libro

MR0123600 (23 #A925) Miller, G. A. ; Blichfeldt, H. F. ; Dickson, L. E. Teoría y aplicaciones de los grupos finitos. Dover Publications, Inc., Nueva York 1961 xvii+390 pp.

10voto

ændrük Puntos 158

Este es realmente un comentario sobre la respuesta principal anterior, pero como los nuevos usuarios no pueden comentar, dejaré que alguien más transfiera manualmente la información al lugar correcto.

Hay otro error en la lista de Fairbairn, Fulton y Klink (repetido en la lista de Hanahy y He), que parece ser un malentendido de la clasificación de Blichfeldt et al. Dos de los casos en esa clasificación consisten en productos semidirectos de grupos abelianos por $A_3$ y $S_3$. Sin embargo, no se especifica qué grupos abelianos pueden ocurrir 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 entero positivo $n$, lo que da lugar a los grupos que ellos denominan $\Delta(3n^2)$ 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. Más generalmente, 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 ocurrir dentro del producto semidirecto. Yau y Yu no dicen más que Blichfeldt et al, aunque al menos proporcionan una reescritura útil de la clasificación en lenguaje moderno.

7voto

Eric Rowell Puntos 994

Poco tarde con esto pero ya no lo veo arriba lo mencionaré: el papel de W. Feit MR0427449 (1970) dice que se han clasificado grupos lineales hasta dimensión $7$.

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

3voto

Ian Agol Puntos 33953

Este aborda la segunda pregunta "¿Qué se sabe sobre subgrupos finitos de $SU(n)$". Un caso especial del lema de Margulis implica que para cada $n$, existe un $m(n)$ tal que cualquier subgrupo finito de $O(n)$ tiene un subgrupo abeliano de índice $m(n)$ (ver Corolario 4.2.4 de libro de Thurston). Así, hay un subgrupo normal abeliano de índice a lo sumo $m!$. Por lo tanto, se puede hacer una afirmación: hay un número finito de grupos finitos para que cualquier subgrupo finito de $SU(n)$ sea una extensión abeliana (de rango a lo sumo $n-1$) de uno de estos grupos finitos. Sería muy interesante obtener una estimación de la función $m(n)$, lo cual debería ser posible al dar una demostración 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: Retrocediendo desde el artículo de Weisfeiler referenciado en el comentario de Keivan, encontré un resultado de Collins que 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 $GL(n,C)$ son conjugados en $U(n)$, este límite funciona para $SU(n)$. Ver también el artículo de Collins sobre representaciones primitivas, que tiene alguna discusión histórica sobre este problema.

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