什麼是格點規範理論,可以應用的領域有哪些?

時間 2021-05-30 17:39:31

1樓:

我曾經在組會上略講過一些格點規範理論的內容,但並不是這方面的研究者。在此略作概述。

格點規範理論,按定義來說,是乙個lattice theory with a symmetry group that scales with the volume of the system (the gauge group). 最出名的例子莫過於大名鼎鼎的lattice QCD; 在這個場景下,可以將QCD的時空離散化,以精確地數值求解QCD的各種關聯函式,甚至在strong coupling時仍可以實現。這對於了解QCD在紅外的行為很有意義。

格點規範理論的中心無疑是兩點:1. topological excitation:

不管是kink,還是像toric code當中的e, m particle都是很好的例子。2. asymptotic freedom:

這一塊是lattice QCD的區域。據稱可以用此方法嘗試理解夸克禁閉等問題,不知進展如何。

我更熟悉的格點規範理論一般和自旋有關。最簡單的是Wegner在2023年寫下的Ising gauge theory。考慮正方體晶格,每條邊上有乙個spin 1/2。

Hamiltonian是 in which p runs over plaquettes of the lattice, 則是這個plaquette四條邊上的spin的 的乘積。這個模型具有的gauge group的generator是 ,in which v runs over vertices of the lattice;這裡的i runs over bonds that links to v。

Ising gauge theory具有大量的duality。2D Ising gauge的dual是1D Ising; 3D Ising gauge的dual是3D Ising。如果將2D Ising gauge的Hamiltonian加上所有的gauge group generator,則得到 ,也就是我們熟知的toric code。

Toric code對於研究拓撲序的意義,自不必說。

Lattice U(1) theory的研究也很有意思。在4d U(1) theory中我們見到了KT transition,因為它dual to 2d XY model。尤其值得注意的是,在冷原子/超導量子位元/離子阱系統當中,實驗模擬lattice U(1) theory在這幾年是很受關注的。

最近的例子比如arXiv: 2003.08945。

前些年的例子也可以在它的reference中找到。

這些知識無疑都是上世紀七八十年代就為人熟悉的內容,更詳盡的論述可以在Kogut的RMP中看到。最新的進展,還請大家多多補充。

2樓:

這是乙個好問題,但先看維基百科介紹吧。我多講一點維基百科上看不到的東西。

格點規範理論是一種建立在格點系統上的規範理論,也稱為離散時空上的規範理論(格點系統,表示離散化時空),是一種離散化的非微擾的量子理論。例子有QCD,圈量子引力和弦網凝聚。

格點規範理論也分為拉格朗日形式和哈密爾頓形式,還分為歐式的格點規範理論(非相對論性的)和閔式的格點規範理論(相對論性的)。威爾遜發現純規範理論有乙個非常自然的離散化,帶有物質場的規範理論也有乙個自然的離散化。

帶物質場和不帶物質場的格點規範理論都有好的數學結構,前者的量子化得到的是自旋網路(要利用緊李群的皮特-外爾定理),後者的量子化得到的是quiver(箭圖)的表示理論。

格點規範理論可以變成背景無關的,其歐式和閔式版本分別用弦網凝聚和因果凝聚描述。

格點規範理論的好處是有利於發現量子場論的非微擾結構,適合數值計算,可以發展非微擾的重整化理論,背後有良好的數學結構。背後的數學理論有群的表示論,quiver的表示論。

推薦文章:(1) Spin network in gauge theory, Baez, Advances in mathemtics.

(2) String-net condensation: A physical mechanism for topological phases,Phys.Rev.

B71 (2005) 045110.

(3)Tensor Network Renormalization

(4)Kan擴張和因果凝聚,

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