Две загадки о группе проективной симметрии (PSG)?

Недавно я изучал PSG и был очень озадачен двумя утверждениями, появившимися в статье Вена . Чтобы ясно представить вопросы, представьте, что мы используем фермион Швингера. С я "=" 1 2 ф я о ф я метод среднего поля для изучения двумерной системы со спином 1/2 и получения гамильтониана среднего поля ЧАС ( ψ я ) "=" я Дж ( ψ я ты я Дж ψ Дж + ψ я Т η я Дж ψ Дж + ЧАС . с . ) + я ψ я час я ψ я , где ψ я "=" ( ф я , ф я ) Т , ты я Дж и η я Дж являются 2 × 2 комплексные матрицы и час я являются 2 × 2 Эрмитовы матрицы. А проекция на спиновое подпространство осуществляется проективным оператором п "=" я ( 2 н ^ я н ^ я 2 ) (Обратите внимание здесь п я ( 1 н ^ я н ^ я ) ). Мои вопросы:

(1) Как прийти к уравнению (15)? Уравнение (15) означает, что если Ψ и Ψ ~ являются основными состояниями среднего поля ЧАС ( ψ я ) и ЧАС ( ψ я ~ ) , соответственно, то п Ψ ~ п Ψ , где ψ я ~ "=" г я ψ я , г я е С U ( 2 ) . Как доказать это утверждение?

(2) Утверждение трансляционной симметрии над уравнением (16), которое можно сформулировать следующим образом: Пусть Д : ψ я ψ я + а — унитарный оператор перевода( а — вектор решетки). Если существует С U ( 2 ) трансформация ψ я ψ я ~ "=" г я ψ я , г я е С U ( 2 ) такой, что Д ЧАС ( ψ я ) Д 1 "=" ЧАС ( ψ я ~ ) , то проектируемое спиновое состояние п Ψ имеет трансляционную симметрию Д ( п Ψ ) п Ψ , где Ψ является основным состоянием среднего поля ЧАС ( ψ я ) . Как доказать это утверждение?

Я боролся с двумя вышеупомянутыми головоломками в течение нескольких дней и до сих пор не могу их понять. Я буду очень признателен за ваш ответ, большое спасибо.

Я перепометил ваш пост, если вы не возражаете (см. сводку по редактированию). Кстати, +1 к этому вопросу и его ответам.
@ DImension10 Abhimanyu PS, большое спасибо.

Ответы (2)

Я только что обнаружил, что могу доказать свою вторую загадку (2), если (1) верно:

Заметим, что в (2) основное состояние ЧАС ( ψ я ~ ) является Ψ ~ "=" Д Ψ , то согласно (1) имеем п Ψ ~ п Ψ . И [ п , Д ] "=" 0 , поэтому, Д ( п Ψ ) "=" п Д Ψ "=" п Ψ ~ п Ψ .

Замечание. В более общем смысле утверждение (2) можно обобщить на любой тип симметрии, представленный унитарным (или антиунитарным, например обращением времени) оператором А . Но его правильность основана на факте [ п , А ] "=" 0 .

Наконец, теперь я могу ответить на загадку (1):

Позволять Дж я "=" 1 2 ψ я о ψ я операторы калибровочного заряда , и р я представлять местный С U ( 2 ) операторы калибровочного вращения , сгенерированные Дж я .

Затем р я ψ я р я 1 "=" г я ψ я , г я е С U ( 2 ) . Таким образом, в (1) ЧАС ( г я ψ я ) "=" р ЧАС ( ψ я ) р 1 , где р "=" я р я . Итак, основное состояние ЧАС ( г я ψ я ) является Ψ ~ "=" р Ψ , поэтому, п Ψ ~ "=" п р Ψ "=" п Ψ .

Обратите внимание, здесь мы использовали факт п р "=" р п "=" п .