สมการหยาง-แบ็กซ์เตอร์
ในทางฟิสิกส์สมการหยาง-แบ็กซ์เตอร์ (หรือความสัมพันธ์รูปดาว-สามเหลี่ยม ) เป็นสมการความสอดคล้องซึ่งถูกนำเสนอครั้งแรกในสาขากลศาสตร์เชิงสถิติ สมการนี้อาศัยแนวคิดที่ว่าในบางสถานการณ์การกระเจิง อนุภาคอาจรักษาโมเมนตัมของตนไว้ได้ในขณะที่สถานะภายในเชิงควอนตัมเปลี่ยนแปลงไป สมการนี้ระบุว่าเมทริกซ์ที่กระทำต่อวัตถุสองในสามชิ้นจะสอดคล้องกับเงื่อนไขต่อไปนี้
โดยตามด้วยการสลับวัตถุสองชิ้น ในระบบควอนตัมหนึ่งมิติคือเมทริกซ์การกระเจิงและถ้ามันสอดคล้องกับสมการ Yang–Baxter ระบบนั้นก็สามารถหาปริพันธ์ได้ในแบบจำลองควอนตัมที่หาปริพันธ์ได้ สมการ Yang–Baxter รับประกันว่ากระบวนการกระเจิงของอนุภาคหลายตัวสามารถแยกออกเป็นลำดับของการปฏิสัมพันธ์แบบสองตัว โดยรักษาความสามารถในการแก้ปัญหาที่แน่นอน[ 1 ]สมการ Yang–Baxter ยังปรากฏขึ้นเมื่อกล่าวถึงทฤษฎีปมและกลุ่มถักเปียโดยที่สอดคล้องกับการสลับเส้นใยสองเส้น เนื่องจากสามารถสลับเส้นใยสามเส้นได้สองวิธีที่แตกต่างกัน สมการ Yang–Baxter จึงรับประกันว่าทั้งสองเส้นทางเหมือนกัน

ประวัติศาสตร์
ตามที่Michio Jimbo [ 2 ] กล่าว ไว้ สมการ Yang–Baxter (YBE) ปรากฏขึ้นในงานของ JB McGuire [ 3 ]ในปี 1964 และCN Yang [ 4 ] ในปี 1967 พวกเขาพิจารณา ปัญหาหลายอนุภาคทางกลศาสตร์ควอนตัมบนเส้นตรงที่มีศักยภาพ โดยใช้ เทคนิค Bethe ansatzพวกเขาพบว่าเมทริกซ์การกระเจิงแยกตัวประกอบเป็นเมทริกซ์ของปัญหาอนุภาคสองตัว และกำหนดได้อย่างแม่นยำ ผลลัพธ์นี้ทำให้สมการ Yang–Baxter กลายเป็นเกณฑ์กำหนดความสามารถในการบูรณาการควอนตัม โดยเชื่อมโยงการกระเจิงที่แยกตัวประกอบในมิติเดียวเข้ากับแบบจำลองที่แก้ได้อย่างแม่นยำ[ 5 ]ในที่นี้ YBE เกิดขึ้นเป็นเงื่อนไขความสอดคล้องสำหรับการแยกตัวประกอบ
ในกลศาสตร์เชิงสถิติแหล่งที่มาของ YBE น่าจะย้อนกลับไปถึงความสัมพันธ์รูปดาวสามเหลี่ยมของ Onsager ซึ่งกล่าวถึงสั้นๆ ในบทนำของวิธีแก้ปัญหาของแบบจำลอง Ising [ 6 ]ในปี 1944 การค้นหาแบบจำลองแลตติซที่แก้ได้นั้นดำเนินไปอย่างต่อเนื่องนับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ซึ่งสิ้นสุดลงด้วยวิธีแก้ปัญหาของแบบจำลองแปดจุดยอด[ 7 ] ของ Rodney Baxterในปี 1972
แนวทางการพัฒนาอีกประการหนึ่งคือทฤษฎีเมทริก ซ์ S ที่แยกตัวประกอบ ในทฤษฎีสนามควอนตัมสอง มิติ [ 8 ] Alexander B. Zamolodchikov ชี้ให้เห็น[ 9 ]ว่ากลศาสตร์พีชคณิตที่ทำงานอยู่ที่นี่เหมือนกับที่ใช้ในงานของ Baxter และคนอื่นๆ
YBE ยังปรากฏให้เห็นในการศึกษาตัวดำเนินการ Youngในพีชคณิตกลุ่ม ของกลุ่มสมมาตรในงานของAA Jucys [ 10 ]ในปี 1966
รูปแบบทั่วไปของสมการ Yang–Baxter ที่ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์
ให้เป็นพีชคณิตแบบเชื่อมโยงที่มีเอกลักษณ์ ในรูปแบบทั่วไปที่สุด สมการหยาง-แบ็กซ์เตอร์ที่ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ คือสมการสำหรับ ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ของผลคูณเทนเซอร์ (ในที่นี้และคือพารามิเตอร์ ซึ่งโดยปกติจะมีค่าอยู่ในช่วงจำนวนจริง ℝ ในกรณีของพารามิเตอร์แบบบวก หรืออยู่ในช่วงจำนวนจริงบวก ℝ +ในกรณีของพารามิเตอร์แบบคูณ)
ให้โดยที่โฮโมมอร์ฟิ ซึมพีชคณิต ถูกกำหนดโดย
รูปแบบทั่วไปของสมการหยาง-แบ็กซ์เตอร์คือ
สำหรับ ค่าทั้งหมดของและ
รูปแบบที่ไม่ขึ้นกับพารามิเตอร์
ให้เป็นพีชคณิตแบบเชื่อมโยงที่มีเอกลักษณ์ สมการหยาง-แบ็กซ์เตอร์ที่ไม่ขึ้นกับพารามิเตอร์ คือสมการสำหรับ ซึ่งเป็นองค์ประกอบผกผันได้ของผลคูณเทนเซอร์สมการหยาง-แบ็กซ์เตอร์ คือ
โดยที่, , และ.
โดยคำนึงถึงพื้นฐาน
โดยทั่วไปแล้ว พีชคณิตแบบเชื่อมโยงเอกลักษณ์ (unityal associative algebra) คือพีชคณิตของเอนโดมอร์ฟิซึมของปริภูมิเวกเตอร์ เหนือฟิลด์นั่นคือ. เมื่อเทียบกับฐานของส่วนประกอบของเมทริกซ์จะเขียนได้เป็น ซึ่งเป็นส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องกับแผนที่. หากไม่พิจารณาการพึ่งพาพารามิเตอร์ ส่วนประกอบของสมการหยาง-แบ็กซ์เตอร์ที่เกี่ยวข้องกับแผนที่จะมีค่า ดังนี้
รูปแบบและภาพแทนทางเลือกของกลุ่มถักเปีย
ให้เป็นโมดูลของและ ให้เป็นแผนที่เชิงเส้นที่สอดคล้องกับ สำหรับทุกสมการ Yang–Baxter จะมีรูปแบบอื่นต่อไปนี้ในรูปของ บน
อีกทางเลือกหนึ่ง เราสามารถแสดงมันในรูปแบบสัญลักษณ์เดียวกันกับข้างต้น โดยกำหนดซึ่งในกรณีนี้ รูปแบบทางเลือกคือ
ในกรณีพิเศษที่ไม่ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ สมการจะลดรูปเหลือเพียง
และ (ถ้าสามารถผกผันได้) สามารถสร้างการแสดงแทนของกลุ่มถักเปีย , , บน โดย ใช้ สำหรับการแสดงแทนนี้สามารถใช้เพื่อกำหนดตัวแปรเสมือนของการถักเปีย ปมและการเชื่อมโยงได้
สมมาตร
โดยทั่วไป แล้ว คำตอบของสมการ Yang–Baxter มักถูกจำกัดด้วยการกำหนดให้เมทริกซ์ต้องไม่เปลี่ยนแปลงภายใต้การกระทำของกลุ่ม Lieตัวอย่างเช่น ในกรณีและแผนที่ที่ไม่เปลี่ยนแปลงภาย ใต้การกระทำของกลุ่ม Lie เพียงอย่างเดียว ใน คือ แผนที่เอกลักษณ์และแผนที่การเรียงสับเปลี่ยนรูปแบบทั่วไปของเมทริกซ์ คือสำหรับฟังก์ชันสเกลาร์
สมการ Yang–Baxter เป็นสมการเอกพันธุ์ในแง่ของการพึ่งพาพารามิเตอร์ กล่าวคือ ถ้าเรากำหนดโดยที่เป็นฟังก์ชันสเกลาร์ แล้วก็จะสอดคล้องกับสมการ Yang–Baxter เช่นกัน
พื้นที่อาร์กิวเมนต์เองอาจมีความสมมาตร ตัวอย่างเช่น ความไม่แปรเปลี่ยนภายใต้การเลื่อนบังคับให้การพึ่งพาของอาร์กิวเมนต์ต้องขึ้นอยู่กับความแตกต่างที่ไม่แปรเปลี่ยนภายใต้การเลื่อนเท่านั้นในขณะที่ความไม่แปรเปลี่ยนภายใต้ มาตราส่วน บังคับให้เป็นฟังก์ชันของอัตราส่วนที่ไม่แปรเปลี่ยนภายใต้มาตราส่วน
การกำหนดพารามิเตอร์และตัวอย่างวิธีแก้ปัญหา
สมมติฐานทั่วไปสำหรับการคำนวณหาคำตอบคือ คุณสมบัติความแตกต่างโดยที่ R ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ตัวเดียว (แบบบวก) เท่านั้น หรืออีกนัยหนึ่ง หากใช้ลอการิทึม เราอาจเลือกการกำหนดพารามิเตอร์ซึ่งในกรณีนี้ R จะขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์แบบคูณ ในกรณีเหล่านั้น เราสามารถลด YBE ให้เหลือพารามิเตอร์อิสระสองตัวในรูปแบบที่ช่วยให้การคำนวณง่ายขึ้น:
สำหรับค่าทั้งหมดของและสำหรับพารามิเตอร์แบบคูณ สมการ Yang–Baxter คือ
สำหรับ ค่าทั้งหมดของและ
รูปแบบที่ถักทอไว้นั้นอ่านได้ดังนี้:
ในบางกรณี ดีเทอร์มิแนนต์ของเมท ริกซ์ อาจเป็นศูนย์ที่ค่าเฉพาะของพารามิเตอร์สเปกตรัม เมทริก ซ์ บางตัวจะกลายเป็นโปรเจคเตอร์หนึ่งมิติที่ค่าดังกล่าว ในกรณีนี้สามารถกำหนดดีเทอร์มิแนนต์ควอนตัมได้
ตัวอย่างคำตอบของ YBE ที่ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์
- สามารถหาชุดคำตอบที่ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ที่เรียบง่ายเป็นพิเศษได้จากคำตอบของสมการ YBE ที่ไม่ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ซึ่งสอดคล้องกับเงื่อนไขโดยที่การแสดงกลุ่มถักเปียที่สอดคล้องกันคือการแสดงกลุ่มการเรียงสับเปลี่ยน ในกรณีนี้(หรือเทียบเท่ากับ) คือคำตอบของสมการ YBE ที่ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ (แบบบวก) ในกรณีที่และจะได้เมทริกซ์การกระเจิงของ โซ่สปินไฮเซน เบิร์กXXX
- เมทริกซ์ของโมดูลการประเมินของกลุ่มควอนตัมจะแสดงอย่างชัดเจนโดยเมทริกซ์
จากนั้นสมการ Yang–Baxter แบบพาราเมตริก (ในรูปแบบถักเปีย) ที่มีพารามิเตอร์ตัวคูณจะเป็นไปตามเงื่อนไข:
การจำแนกประเภทของโซลูชัน
โดยทั่วไปแล้ว วิธีแก้ปัญหาสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภทหลัก ได้แก่ วิธีแก้ปัญหาเชิงตรรกะ วิธีแก้ ปัญหาเชิงตรีโกณมิติ และวิธีแก้ปัญหาเชิงวงรี ซึ่งเกี่ยวข้องกับกลุ่มควอนตัมที่เรียกว่า กลุ่ม หยางเจียนกลุ่มควอนตัมเชิงเส้นและพีชคณิตเชิงวงรีตามลำดับ
สมการหยาง-แบ็กซ์เตอร์เชิงทฤษฎีเซต
Drinfeldศึกษาวิธีแก้ปัญหาเชิงเซต[ 11 ]ในกรณีนี้ มีฐานคงที่เมทริกซ์ - สำหรับปริภูมิเวกเตอร์ในแง่ที่ว่า เมทริกซ์ - แม ปฐานที่เหนี่ยวนำของไปยังตัวมันเอง จากนั้นจึงเหนี่ยวนำแผนที่ที่กำหนดโดยการจำกัดเมทริกซ์ - ไปยังฐาน สมการ Yang–Baxter เชิงเซตจะถูกกำหนดโดยใช้รูปแบบทางเลือก 'บิดเบี้ยว' ข้างต้น โดยยืนยัน ว่า เป็นแผนที่บนสมการนี้สามารถพิจารณาได้ว่าเป็นสมการในหมวดหมู่ของเซตเท่านั้น
ตัวอย่าง
- .
- โดยที่ คือแผนที่การสลับตำแหน่ง
- ถ้า เป็น ชั้นวาง (ด้านขวา) แล้วจะเป็นคำตอบเชิงเซตของ YBE
สมการหยาง-แบ็กซ์เตอร์แบบคลาสสิก
Belavinและ Drinfeld ได้ศึกษาและจำแนกวิธีการแก้ปัญหา YBE แบบคลาสสิกในระดับหนึ่ง[ 12 ]เมื่อกำหนด ' เมทริกซ์คลาสสิก' ซึ่งอาจขึ้นอยู่กับคู่ของอาร์กิวเมนต์YBE แบบคลาสสิกคือ (โดยไม่รวมพารามิเตอร์) ซึ่งเป็นกำลังสองในเมทริกซ์ ซึ่งแตกต่างจาก YBE ควอนตัมทั่วไปที่เป็นกำลังสามใน
สมการนี้เกิดขึ้นจากสิ่งที่เรียกว่าคำตอบกึ่งคลาสสิกของ YBE ควอนตัม ซึ่งเมทริกซ์ - ยอมรับการขยายเชิงอะซิมโทติกในรูปของพารามิเตอร์การขยาย จากนั้น YBE คลาสสิกจะมาจากการอ่านค่าสัมประสิทธิ์ของ YBE ควอนตัม (และสมการนี้เป็นจริงอย่างเห็นได้ชัดในลำดับ)
ดูเพิ่มเติม
- ไบอัลเจบราของลี
- หยางเอียน
- การย้ายของไรเดไมสเตอร์
- พีชคณิตฮอปฟ์กึ่งสามเหลี่ยม
- ตัวดำเนินการหยาง-แบ็กซ์เตอร์
ลิงก์ภายนอก
- "สมการหยาง-แบ็กซ์เตอร์" , สารานุกรมคณิตศาสตร์ , สำนักพิมพ์ EMS , 2001 [1994]
- เอช-ดี โดบเนอร์, เจ.-ดี. Hennig, eds, กลุ่มควอนตัม, Proceedings of the 8th International Workshop on Mathematical Physics, Arnold Sommerfeld Institute, Clausthal, FRG, 1989 , Springer-Verlag Berlin, ISBN 3-540-53503-9.
- Vyjayanthi Chariและ Andrew Pressley, คู่มือเกี่ยวกับกลุ่มควอนตัม (1994), สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์, เคมบริดจ์ISBN 0-521-55884-0.
- Jacques HH Perk และ Helen Au-Yang, "Yang – Baxter Equations", (2006), arXiv : math-ph/0606053