Теория лжи, представления и физика элементарных частиц

Это вопрос, который был размещен на многих разных форумах, я подумал, что, может быть, у кого-то здесь будет лучший или более концептуальный ответ, чем я видел раньше:

Почему физиков волнуют представления групп Ли? Что касается меня, когда я думаю о представлении, которое означает, что существует какая-то группа, действующая в векторном пространстве, на каком векторном пространстве действует эта группа Ли?

Или дело в том, что некоторые вещи должны оставаться инвариантными при групповом действии? может быть, это глупый вопрос, но я подумал, что это может быть хорошим началом...

Чтобы уточнить, я специально имею в виду группы симметрии, о которых люди думают в связи со стандартной моделью. Меня не волнует, почему это может быть определенная группа, но больше то, как мы видим группу, действующую, на что она действует? и т.п.

Я думал, что статья в Википедии здесь была довольно хорошей, но, возможно, она имеет смысл только в том случае, если у вас есть небольшой опыт работы с квантовой механикой: en.wikipedia.org/wiki/… Удалось ли вам что-нибудь из нее извлечь?
вы можете проверить этот вопрос: math.stackexchange.com/q/622

Ответы (3)

Позвольте мне попробовать. Когда мы строим теорию, мы подозреваем, что объекты, с которыми она имеет дело, могут быть довольно сложными. Естественно, мы хотим найти простейшие «кирпичики», из которых состоят сложные объекты. Если бы наша теория была абсолютно произвольной, мы вообще не смогли бы классифицировать эти простые строительные блоки. К счастью, при построении теорий мы отмечаем, что заданный нами лагранжиан и вакуумное состояние имеют определенные симметрии. Раз мы это заметили, то чистой математикой будет показать, что простые объекты в нашей теории следует классифицировать в соответствии с представлениями группы симметрии лагранжиана и состояния вакуума.

Заметим, что есть некоторые очевидные для нас симметрии, которые мы воспринимаем (например, инвариантность относительно группы Пуанкаре), и есть некоторые симметрии, которые мы изобретаем (например, неабелевы калибровочные симметрии). В последнем случае мы знаем, что по построению все макроскопические состояния (включая вакуумное состояние) должны быть инвариантны относительно этой новой группы внутренней симметрии. Это дает нам кратчайший путь к утверждению, что простой объект в нашей теории должен классифицироваться в соответствии с представлениями новой группы.

А что касается конкретного вопроса:

значит, фундаментальная частица действует на квантовые состояния?

Когда мы говорим, что частица или поле находятся в представлении R группы G, мы не имеем в виду, что частицы связаны с матрицами представления R, действующими на что-то еще. Мы скорее имеем в виду, что частица может быть записана в терминах собственных состояний матриц, представляющих операторы в R. Таким образом, на частицы действуют преобразования группы симметрии.

Векторное пространство, на которое воздействуют, обычно является гильбертовым пространством состояний в квантовой механике; очень грубо, есть основа этого векторного пространства, которая находится во взаимно однозначном соответствии с набором возможностей для физической системы. Самый простой пример, который можно попытаться понять, — это частица со спином 1/2 (2-мерное представление SU (2)), которая объясняется в любой вводной книге по квантовой механике.

значит, фундаментальная частица действует на квантовые состояния?
Нет, на состояния фундаментальной частицы действует какая-то операция симметрии, например, вращение в трех измерениях. «Внутренние» группы симметрии в стандартной модели, например, SU(3), соответствующие цвету КХД, немного более абстрактны, поскольку я не могу представить способ физически выполнить вращение SU(3) в квантовом поле, но вы можете думать о них как о различных способах изменения координат человеком при измерении определенного свойства квантового поля.
Кстати, если я сказал что-то особенно неясное; дай мне знать. В данный момент я не уверен, имеет ли смысл то, что я сказал, или это полная ерунда для вас.
Позвольте мне добавить, что для калибровочных теорий может быть интерпретация, подобная той, что в вашем комментарии, где взаимодействие с калибровочными бозонами интерпретируется как действие группы симметрии, но я намеренно не стал останавливаться на этом, так как это гораздо более сложная тема. , что я даже не уверен, что у меня прямо...
извините, я был действительно занят другими совершенно не связанными вещами. Ваш комментарий был более полезным и понятным, чем статья в Википедии, на которую вы ссылались. Я как раз искал такое объяснение. Является ли калибровочная теоретическая интерпретация более сложной математически или физически?
Оба, я думаю. У меня есть эта (возможно, ошибочная) картина в процессе, что калибровочные бозоны системы просто отслеживают геометрическую информацию, мотивированную тем фактом, что часть классического решения калибровочной теории является условием связи на векторе пучок. Таким образом, условия взаимодействия в лагранжиане калибровочной теории между калибровочным бозоном и материей могут иметь некоторую интерпретацию в терминах частицы, несущей какую-то информацию о симметрии, действующей на другую частицу ... в данный момент это слишком расплывчато, чтобы что-либо означать. хотя.

См. теорему Вигнера , она строго объясняет взаимосвязь между группой симметрий и состояниями физической частицы.