Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

В математике , Е 6 это название некоторых тесно связанных групп Ли , линейных алгебраических групп или их алгебры Ли , все из которых имеют размерность 78; то же обозначение E 6 используется для соответствующей решетки корней , имеющей ранг  6. Обозначение E 6 происходит из классификации Картана – Киллинга сложных простых алгебр Ли (см. § Работа Эли Картана ). Это классифицирует алгебры Ли на четыре бесконечные серии, обозначенные A n , B n , C n , D n ипять исключительных случаев, обозначенных E 6 , E 7 , E 8 , F 4 и G 2 . Таким образом, алгебра E 6 является одним из пяти исключительных случаев.

Фундаментальная группа сложной формы, компактной вещественной форме, или любой алгебраической версии E 6 является циклической группой Z / 3 Z , а ее внешний автоморфизм группы является циклической группой Z / 2 Z . Его фундаментальное представление - 27-мерное (комплексное), а основу составляют 27 линий на кубической поверхности . Двойное представление , которое неэквивалентное, также 27-мерное.

В физике элементарных частиц E 6 играет роль в некоторых теориях великого объединения .

Реальные и сложные формы [ править ]

Существует уникальная комплексная алгебра Ли типа Й 6 , что соответствует комплексной группе комплексной размерности 78. Комплекс присоединенной группы Ли Е 6 из комплексной размерности 78 можно рассматривать как простую группу Ли вещественную размерность 156. Это имеет фундаментальное группа Z / 3 Z , имеет максимальную компактную подгруппу, компактную форму (см. ниже) группы E 6 , и имеет нециклическую группу внешних автоморфизмов порядка 4, порожденную комплексным сопряжением и внешним автоморфизмом, который уже существует как комплексный автоморфизм.

Помимо комплексной группы Ли типа E 6 , существует пять действительных форм алгебры Ли и, соответственно, пять действительных форм группы с тривиальным центром (все из которых имеют алгебраическое двойное покрытие, а три из которых дополнительно не имеют -алгебраические накрытия, дающие дополнительные действительные формы), все действительной размерности 78, а именно:

  • Компактной форме (который, как правило, один имел в виду , если никакой другой информации не дается), которая имеет фундаментальную группу Z / 3 Z и внешний автоморфизм группы Z / 2 Z .
  • Расщепленная форма EI (или E 6 (6) ), которая имеет максимальную компактную подгруппу Sp (4) / (± 1), фундаментальную группу порядка 2 и группу внешних автоморфизмов порядка 2.
  • Квазирасщепленная форма EII (или E 6 (2) ), которая имеет максимальную компактную подгруппу SU (2) × SU (6) / (центр), фундаментальную циклическую группу порядка 6 и группу внешних автоморфизмов порядка 2.
  • EIII (или E 6 (-14) ), который имеет максимальную компактную подгруппу SO (2) × Spin (10) / (центр), фундаментальную группу Z и тривиальную группу внешних автоморфизмов.
  • EIV (или E 6 (-26) ), который имеет максимальную компактную подгруппу F 4 , тривиальную фундаментальную циклическую группу и группу внешних автоморфизмов порядка 2.

Форма EIV E 6 - это группа коллинеаций (сохраняющих линию преобразований) октонионной проективной плоскости OP 2 . [1] Это также группа сохраняющих детерминант линейных преобразований исключительной йордановой алгебры . Исключительная йорданова алгебра 27-мерна, что объясняет, почему компактная вещественная форма E 6 имеет 27-мерное комплексное представление. Компактная вещественная форма E 6 - это группа изометрий 32-мерного риманова многообразия, известного как «биоктонионная проективная плоскость»; аналогичные конструкции для E 7 и E 8 известны какПроективные плоскости Розенфельда и являются частью магического квадрата Фрейденталя .

E 6 как алгебраическая группа [ править ]

С помощью базиса Шевалле для алгебры Ли можно определить E 6 как линейную алгебраическую группу над целыми числами и, следовательно, над любым коммутативным кольцом и, в частности, над любым полем: это определяет так называемое расщепление (иногда также известное как «раскрученная») присоединенная форма E 6 . Над алгебраически замкнутым полем это и его тройное покрытие являются единственными формами; однако, помимо других полей, часто существует множество других форм или «скручиваний» E 6 , которые классифицируются в общих рамках когомологий Галуа (над совершенным полем k ) множеством H 1 ( k , Aut (E 6)) который, поскольку диаграмма Дынкина E 6 (см. ниже ) имеет группу автоморфизмов Z / 2 Z , отображается в H 1 ( k , Z / 2 Z ) = Hom (Gal ( k ), Z / 2 Z ) с ядром H 1 ( k , E 6, ad ). [2]

Над полем действительных чисел действительная составляющая тождества этих алгебраически скрученных форм E 6 совпадает с тремя упомянутыми выше действительными группами Ли , но с тонкостью, касающейся фундаментальной группы: все присоединенные формы E 6 имеют фундаментальную группу Z / 3 Z в смысле алгебраической геометрии с действием Галуа как на третьих корнях из единицы; это означает, что они допускают ровно одно тройное покрытие (которое может быть тривиальным в реальных точках); дальнейшие некомпактные вещественные групповые формы Ли E 6 не являются алгебраическими и не допускают точных конечномерных представлений. Компактная вещественная форма E 6, а также некомпактные формы EI = E6 (6) и EIV = E 6 (-26) называются внутренними или имеют тип 1 E 6, что означает, что их класс лежит в H 1 ( k , E 6, ad ) или что комплексное сопряжение индуцирует тривиальный автоморфизм на Диаграмма Дынкина, а две другие действительные формы называются внешними или имеют тип 2 E 6 .

Над конечными полями теорема Лэнга – Стейнберга влечет, что H 1 ( k , E 6 ) = 0, что означает, что E 6 имеет ровно одну скрученную форму, известную как 2 E 6 : см. Ниже .

Автоморфизмы алгебры Альберта [ править ]

Подобно тому, как алгебраическая группа G 2 является группой автоморфизмов октонионов, а алгебраическая группа F 4 является группой автоморфизмов алгебры Альберта , исключительной йордановой алгебры , алгебраическая группа E 6 является группой линейных автоморфизмов алгебры Альберта. сохраняющие определенную кубическую форму, называемую «определителем». [3]

Алгебра [ править ]

Диаграмма Дынкина [ править ]

Диаграмма Дынкина для E 6 задается, который также можно нарисовать как .

Корни E 6 [ править ]

72 вершины многогранника 1 22 представляют собой корневые векторы E 6 , как показано в этой проекции на плоскость Кокстера . В этой проекции оранжевые вершины удвоены.
Диаграмма Кокстера-Дынкина :CDel node 1.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel split1.pngCDel nodes.pngCDel 3ab.pngCDel nodes.png

Хотя они охватывают шестимерное пространство, гораздо более симметрично рассматривать их как векторы в шестимерном подпространстве девятимерного пространства. Тогда можно пустить корни в

(1, −1,0; 0,0,0; 0,0,0), (−1,1,0; 0,0,0; 0,0,0),
(-1,0,1; 0,0,0; 0,0,0), (1,0, -1; 0,0,0; 0,0,0),
(0,1, −1; 0,0,0; 0,0,0), (0, −1,1; 0,0,0; 0,0,0),
(0,0,0; 1, −1,0; 0,0,0), (0,0,0; −1,1,0; 0,0,0),
(0,0,0; −1,0,1; 0,0,0), (0,0,0; 1,0, −1; 0,0,0),
(0,0,0; 0,1, −1; 0,0,0), (0,0,0; 0, −1,1; 0,0,0),
(0,0,0; 0,0,0; 1, −1,0), (0,0,0; 0,0,0; −1,1,0),
(0,0,0; 0,0,0; −1,0,1), (0,0,0; 0,0,0; 1,0, −1),
(0,0,0; 0,0,0; 0,1, −1), (0,0,0; 0,0,0; 0, −1,1),

плюс все 27 комбинаций где является одним из плюс все 27 комбинаций где является одним из

Простые корни

Один из возможных вариантов простых корней E6:

(0,0,0; 0,0,0; 0,1, −1)
(0,0,0; 0,0,0; 1, −1,0)
(0,0,0; 0,1, −1; 0,0,0)
(0,0,0; 1, −1,0; 0,0,0)
(0,1, −1; 0,0,0; 0,0,0)
График E6 как подгруппа E8 в проекции на плоскость Кокстера
Диаграмма Хассе корневого poset E6 с краевыми метками, определяющими добавленную простую корневую позицию

Корни E6, полученные от корней E8 [ править ]

E 6 - это подмножество E 8, где согласованный набор трех координат равны (например, первая или последняя). Это облегчает четкое определение E 7 и E 6 как:

E 7 = { αZ 7 ∪ ( Z + ½) 7  :α i 2 + α 1 2 = 2, ∑ α i + α 1 ∈ 2 Z },
E 6 = { αZ 6 ∪ ( Z + ½) 6  :α i 2 + 2 α 1 2 = 2, ∑ α i + 2 α 1 ∈ 2 Z }

Следующие 72 корня E6 получаются таким образом из разбитых вещественных четных корней E8 . Обратите внимание, что последние 3 измерения совпадают с обязательными:

Альтернативное описание [ править ]

Альтернативное (6-мерное) описание корневой системы, которое полезно при рассмотрении E 6 × SU (3) как подгруппы E 8 , следующее:

Все перестановки

сохраняя ноль в последней записи,

и все следующие корни с нечетным числом знаков плюс

Таким образом, 78 образующих состоят из следующих подалгебр:

45-мерная подалгебра SO (10), включая вышеуказанные генераторы плюс пять генераторов Картана, соответствующих первым пяти элементам.
Два 16-мерные подалгебры , которые трансформируют как вейлевского спинором из и комплексно сопряженное. Они имеют ненулевую последнюю запись.
1, который является их генератором хиральности, и является шестым генератором Картана .

Один из вариантов выбора простых корней для E 6 задается строками следующей матрицы, индексированными в следующем порядке :

Группа Вейля [ править ]

Группа Вейля E 6 имеет порядок 51840: это группа автоморфизмов единственной простой группы порядка 25920 (которая может быть описана как любое из: PSU 4 (2), PSΩ 6 - (2), PSp 4 (3 ) или PSΩ 5 (3)). [4]

Матрица Картана [ править ]

Важные подалгебры и представления [ править ]

Алгебра Ли E 6 имеет подалгебру F 4 , которая является фиксированной подалгеброй внешнего автоморфизма, и подалгебру SU (3) × SU (3) × SU (3). Другие максимальные подалгебры, которые имеют важное значение в физике (см. Ниже) и могут быть прочитаны с диаграммы Дынкина, - это алгебры SO (10) × U (1) и SU (6) × SU (2).

В дополнение к 78-мерному присоединенному представлению существуют два двойных 27-мерных «векторных» представления .

Характеры конечномерных представлений вещественных и комплексных алгебр Ли и групп Ли задаются формулой характера Вейля . Размеры наименьших неприводимых представлений (последовательность A121737 в OEIS ):

1 , 27 (дважды), 78 , 351 (четыре раза), 650 , 1728 (дважды), 2430 , 2925 , 3003 (дважды) , 5824 (дважды) , 7371 (дважды), 7722 (дважды), 17550 (дважды) , 19305 (четыре раза), 34398 (дважды), 34749 , 43758 , 46332 (дважды), 51975 (дважды), 54054 (дважды), 61425 (дважды), 70070 , 78975 (дважды) , 85293 , 100386 (дважды), 105600 , 112320 (дважды), 146432 (дважды) , 252252 (дважды) , 314496 (дважды), 359424 (четыре раза), 371800 (дважды), 386100 (дважды), 393822 (дважды), 412776 (дважды), 442442 (дважды)

Подчеркнутые члены в приведенной выше последовательности являются размерностями тех неприводимых представлений, которыми обладает присоединенная форма E 6 (эквивалентно, те, чьи веса принадлежат корневой решетке E 6 ), тогда как полная последовательность дает размерности неприводимых представлений E 6. односвязная форма E 6 .

Симметрия диаграммы Дынкина E 6 объясняет, почему многие измерения встречаются дважды, причем соответствующие представления связаны нетривиальным внешним автоморфизмом; однако иногда существует даже больше представлений, чем это, например, четыре размера 351, два из которых являются фундаментальными, а два - нет.

В фундаментальные представления имеют размеры 27, 351, 2925, 351, 27 и 78 (соответствующие шесть узлов в диаграмме Дынкина в порядке , выбранном для матрицы Картана выше, то есть, узлы считываются в цепи пять узлов первого, с последним узлом, подключенным к среднему).

Многогранник E6 [ править ]

Е 6 многогранник является выпуклой оболочкой из корней Е 6 . Следовательно, он существует в шести измерениях; его группа симметрии содержит группу Кокстера для E 6 как подгруппу индекса 2.

Группы Шевалле и Стейнберга типа E 6 и 2 E 6 [ править ]

Группы типа E 6 над произвольными полями (в частности, конечными полями) были введены Диксоном ( 1901 , 1908 ).

Точки над конечным полем с q элементами (расщепленной) алгебраической группы E 6 (см. Выше ), будь то присоединенной (бесцентровой) или односвязной формы (ее алгебраическое универсальное покрытие), образуют конечную группу Шевалле . Это тесно связано с группой, написанной E 6 ( q ), однако в этой записи есть двусмысленность, которая может означать несколько вещей:

  • конечная группа, состоящая из точек над F q односвязной формы E 6 (для ясности, это может быть написано E 6, sc ( q ) или реже и известна как «универсальная» группа Шевалле типа E 6 над F q ),
  • (редко) конечная группа, состоящая из точек над F q присоединенной формы E 6 (для ясности, это может быть написано E 6, ad ( q ), и известна как «присоединенная» группа Шевалле типа E 6 над F q ), или
  • конечная группа, которая является образом естественного отображения от первого ко второму: это то, что будет обозначаться E 6 ( q ) в дальнейшем, как это наиболее часто встречается в текстах, посвященных конечным группам.

С точки зрения конечных групп, отношения между этими тремя группами, которые вполне аналогичны отношениям между SL ( n, q ), PGL ( n, q ) и PSL ( n, q ), можно резюмировать следующим образом: E 6 ( q ) прост для любого q , E 6, sc ( q ) - его покрытие Шура , а E 6, ad ( q ) лежит в его группе автоморфизмов; кроме того, когда q −1 не делится на 3, все три совпадают, а в противном случае (когда q сравнимо с 1 mod 3) множитель Шура E 6 ( q ) равен 3, а E 6( q ) имеет индекс 3 в E 6, ad ( q ), что объясняет, почему E 6, sc ( q ) и E 6, ad ( q ) часто записываются как 3 · E 6 ( q ) и E 6 ( q ) · 3. С точки зрения алгебраической группы, E 6 ( q ) реже относится к конечной простой группе, поскольку последняя не является естественным образом набором точек алгебраической группы над F q, в отличие от E 6, sc ( q ) и E 6, ad ( q ).

Помимо этой «расщепленной» (или «раскрученной») формы E 6 , существует еще одна форма E 6 над конечным полем F q , известная как 2 E 6 , которая получается скручиванием нетривиальным автоморфизмом диаграмма Дынкина E 6 . Конкретно, 2 E 6 ( q ), известная как группа Стейнберга, может рассматриваться как подгруппа E 6 ( q 2 ), фиксированная композицией нетривиального диаграммного автоморфизма и нетривиального полевого автоморфизма F q 2. Скручивание не меняет того факта, что алгебраическая фундаментальная группа 2 E 6, ad есть Z / 3 Z , но меняет те q, для которых покрытие 2 E 6, ad с помощью 2 E 6, sc нетривиально на F д -точек. А именно: 2 E 6, sc ( q ) является покрытием 2 E 6 ( q ), а 2 E 6, ad ( q ) лежит в его группе автоморфизмов; когда q+1 не делится на 3, все три совпадают, и в противном случае (когда q сравнимо с 2 mod 3) степень 2 E 6, sc ( q ) над 2 E 6 ( q ) равна 3 и 2 E 6 ( q ) имеет индекс 3 в 2 E 6, ad ( q ), что объясняет, почему 2 E 6, sc ( q ) и 2 E 6, ad ( q ) часто записываются как 3 · 2 E 6 ( q ) и 2E 6 ( q ) · 3.

В отношении групп 2 E 6 ( q ) следует поднять два вопроса об обозначениях . Во-первых, это иногда пишется 2 E 6 ( q 2 ), то есть преимущество, заключающееся в том, что его легче транспонировать в группы Сузуки и Ри, но недостатком является отклонение от записи для F q -точек алгебраической группы. . Другой заключается в том, что в то время как 2 E 6, sc ( q ) и 2 E 6, ad ( q ) являются F q -точками алгебраической группы, рассматриваемая группа также зависит от q(например, точки над F q 2 одной и той же группы - это раскрученные E 6, sc ( q 2 ) и E 6, ad ( q 2 )).

Группы E 6 ( q ) и 2 E 6 ( q ) просты для любого q , [5] [6] и составляют два из бесконечных семейств в классификации конечных простых групп . Их порядок определяется следующей формулой (последовательность A008872 в OEIS ):

(последовательность A008916 в OEIS ). Порядок E 6, sc ( q ) или E 6, ad ( q ) (оба равны) можно получить, удалив коэффициент деления gcd (3, q −1) из первой формулы (последовательность A008871 в OEIS ) , а порядок 2 E 6, sc ( q ) или 2 E 6, ad ( q ) (оба равны) можно получить, удалив коэффициент деления gcd (3, q +1) из второго (последовательность A008915 в OEIS ).

Множитель Шура E 6 ( q ) всегда равен gcd (3, q −1) (т. Е. E 6, sc ( q ) - его покрытие Шура). Множитель Шура 2 E 6 ( q ) равен gcd (3, q +1) (т. Е. 2 E 6, sc ( q ) - его покрытие Шура) вне исключительного случая q = 2, где он равен 2 2 · 3 (т.е. есть 2 дополнительных 2-х кратных крышки). Группа внешних автоморфизмов E 6 ( q ) является произведением группы диагональных автоморфизмов Z / gcd (3,q −1) Z (заданный действием E 6, ad ( q )), группа Z / 2 Z автоморфизмов диаграмм и группа автоморфизмов поля (т. е. циклических автоморфизмов порядка f, если q = p f, где p простое). Группа внешних автоморфизмов 2 E 6 ( q ) является произведением группы диагональных автоморфизмов Z / gcd (3, q +1) Z (заданной действием 2 E 6, ad ( q)) и группу полевых автоморфизмов (т. е. циклических порядка f, если q = p f, где p простое число).

Важность в физике [ править ]

Паттерн слабого изоспина , W , более слабого изоспина, W ' , сильного g 3 и g 8 , и барион минус лептон, B , зарядов для частиц в теории Великого Объединения SO (10) , повернут, чтобы показать вложение в E 6 .

N = 8 супергравитация в пяти измерениях, которая является размерной редукцией по сравнению с 11- мерной супергравитацией, допускаетбозонную глобальную симметрию E 6 ибозонную локальную симметрию Sp (8) . Фермионы находятся в представлении Sp (8) , калибровочные поля находятся в представлении E 6 , а скаляры находятся в представлении обоих (гравитоны являются синглетами по отношению к обоим). Физические состояния представлены в виде смежного класса E 6 / Sp (8) .

В теориях большого объединения , E 6 выступает как возможной калибровочной группы , которая, после того, как ее разрыва , приводит к возникновению в SU (3) × SU (2) × U (1) калибровочной группы из стандартной модели . Один из способов добиться этого - перейти к SO (10) × U (1) . Присоединенное представление 78 разбивается, как объяснено выше, на присоединенное 45 , спинор 16 и 16, а также синглет подалгебры SO (10) . Включая заряд U (1), мы имеем

Где нижний индекс обозначает заряд U (1) .

Точно так же фундаментальное представление 27 и сопряженное к нему 27 разбиваются на скаляр 1 , вектор 10 и спинор, либо 16, либо 16 :

Таким образом, можно получить элементарные фермионы Стандартной модели и бозон Хиггса.

См. Также [ править ]

  • En (алгебра Ли)
  • Классификация ADE
  • Магический квадрат Фройденталя

Ссылки [ править ]

  • Адамс, Дж. Франк (1996), Лекции по исключительным группам Ли , Чикагские лекции по математике, University of Chicago Press , ISBN 978-0-226-00526-3, MR  1428422.
  • Баэз, Джон (2002). «Octonions, Раздел 4.4: E 6 » . Бык. Амер. Математика. Soc . 39 (2): 145–205. arXiv : math / 0105155 . DOI : 10.1090 / S0273-0979-01-00934-X . ISSN  0273-0979 . S2CID  586512 .Онлайн-версия HTML по адресу [1] .
  • Cremmer, E .; Дж. Шерк; Дж. Х. Шварц (1979). «Спонтанно нарушенная супергравитация N = 8». Phys. Lett. B . 84 (1): 83–86. Bibcode : 1979PhLB ... 84 ... 83C . DOI : 10.1016 / 0370-2693 (79) 90654-3 .Отсканированная онлайн-версия по адресу [2] [ постоянная мертвая ссылка ] .
  • Диксон, Леонард Юджин (1901), «Класс групп в произвольной области, связанный с конфигурацией 27 линий на кубической поверхности» , Ежеквартальный журнал чистой и прикладной математики , 33 : 145–173, перепечатанный в томе V его собрания сочинений
  • Диксон, Леонард Юджин (1908), «Класс групп в произвольной области, связанный с конфигурацией 27 линий на кубической поверхности (вторая статья)» , Ежеквартальный журнал чистой и прикладной математики , 39 : 205–209, ISBN 9780828403061, перепечатанный в томе VI его собрания сочинений.
  • Ичиро, Йокота (2009). «Исключительные группы Ли». arXiv : 0902.0431 [ math.DG ].
  1. Розенфельд, Борис (1997), Геометрия групп Ли (теорема 7.4 на стр. 335 и следующий абзац).
  2. ^ Платонов, Владимир П .; Рапинчук, Андрей С. (1991). Алгебраические группы и теория чисел . Наука. ISBN 5-02-014191-7.(Английский перевод: Платонов, Владимир П .; Рапинчук, Андрей С. (1994). Алгебраические группы и теория чисел . Academic Press. ISBN 0-12-558180-7.), §2.2.4
  3. ^ Спрингер, Тонни А .; Велдкамп, Фердинанд Д. (2000). Октонионы, йордановы алгебры и исключительные группы . Springer. DOI : 10.1007 / 978-3-662-12622-6 . ISBN 978-3-642-08563-5. Руководство по ремонту  1763974 ., §7.3
  4. ^ Конвей, Джон Хортон ; Кертис, Роберт Тернер; Нортон, Саймон Филлипс ; Паркер, Ричард А ; Уилсон, Роберт Арнотт (1985). Атлас конечных групп : максимальные подгруппы и обыкновенные характеры простых групп . Издательство Оксфордского университета. п. 26. ISBN 0-19-853199-0.
  5. ^ Картер, Роджер В. (1989). Простые группы лиева типа . Библиотека Wiley Classics. Джон Вили и сыновья. ISBN 0-471-50683-4.
  6. ^ Уилсон, Роберт А. (2009). Конечные простые группы . Тексты для выпускников по математике . 251 . Springer-Verlag . ISBN 978-1-84800-987-5.