URSS.ru Магазин научной книги
Обложка Рубаков В.А. Классические калибровочные поля. Ч.1: Бозонные теории Обложка Рубаков В.А. Классические калибровочные поля. Ч.1: Бозонные теории
Id: 341649
1529

Классические калибровочные поля.
Ч.1: Бозонные теории. Ч.1. Изд. стереотип.

2026. 344 с.
Белая офсетная бумага
  • Твердый переплет
Печатается стереотипно по 5-му изданию, испр. и сущ. доп.

Аннотация

В основу настоящей книги положен курс лекций, прочитанный студентам 3-го и 4-го курсов физического факультета МГУ, специализирующимся в области теоретической физики. Книга состоит из двух частей. Первая часть содержит изложение основных идей теории калибровочных полей, построение калибровочно-инвариантных лагранжианов и описание спектров линейных возбуждений, в том числе над нетривиальным основным состоянием. Вторая часть книги посвящена... (Подробнее)


Содержание
top
Предисловие к пятому изданию6
Предисловие ко второму изданию7
Предисловие к первому изданию8
Часть I Калибровочно-инвариантные лагранжианы10
Глава 1. Калибровочный принцип в электродинамике10
1.1. Действие электромагнитного поля в пустоте10
1.2. Калибровочная инвариантность11
1.3. Общее решение уравнений Максвелла в пустоте12
1.4. Выбор калибровки14
Глава 2. Скалярные и векторные поля17
2.1. Система единиц ħ = c = 117
2.2. Действие скалярного поля17
2.3. Массивное векторное поле21
2.4. Комплексное скалярное поле22
2.5. Степени свободы23
2.6. Взаимодействие полей с внешними источниками24
2.7. Взаимодействующие поля. Калибровочно инвариантное взаимодействие в скалярной электродинамике26
2.8. Теорема Нетер31
Глава 3. Элементы теории групп и алгебр Ли37
3.1. Группы37
3.2. Группы и алгебры Ли44
3.3. Представления групп и алгебр Ли50
3.4. Компактные группы и алгебры Ли55
Глава 4. Неабелевы калибровочные поля60
4.1. Неабелевы глобальные симметрии60
4.2. Неабелева калибровочная инвариантность и калибровочные поля: группа SU(2)65
4.3. Обобщения на другие группы71
4.4. Уравнения поля75
4.5. Задача Коши и условия калибровки81
Глава 5. Спонтанное нарушение глобальной симметрии84
5.1. Спонтанное нарушение дискретной симметрии84
5.2. Спонтанное нарушение глобальной симметрии U(1). Намбу-голдстоуновский бозон88
5.3. Частичное нарушение симметрии: модель SO(3)92
5.4. Общий случай. Теорема Голдстоуна96
5.5. Эффективные низкоэнергетические теории намбу-голдстоуновских полей103
5.6. Инвариантная метрика на G/H. Формы Маурера—Картана113
Глава 6. Механизм Энглера—Браута—Хиггса118
6.1. Пример абелевой модели118
6.2. Неабелев случай: модель с полностью нарушенной SU(2)-симметрией124
6.3. Пример частичного нарушения калибровочной симметрии: бозонный сектор стандартной электрослабой теории128
6.4. Ультрафиолетовое поведение теорий с массивными векторными полями137
Дополнительные задачи к части I140
Часть II Солитоны, инстантоны и сфалероны144
Глава 7. Простейшие топологические солитоны144
7.1. Кинк145
7.2. Масштабные преобразования и теоремы об отсутствии солитонов155
7.3. Вихрь160
7.4. Теорема Коулмена169
7.5. Солитон в модели n-поля в (2 + 1)-мерном пространстве-времени170
7.6. Скирмион176
Глава 8. Элементы гомотопической топологии182
8.1. Гомотопия отображений182
8.2. Фундаментальная группа185
8.3. Гомотопические группы187
8.4. Расслоения и гомотопические группы191
8.5. Сводка результатов196
Глава 9. Магнитные монополи198
9.1. Солитон в модели с калибровочной группой SU(2)198
9.2. Магнитный заряд203
9.3. Обобщения на другие модели210
9.4. Предел Богомольного—Прасада—Соммерфилда211
9.5. Дион215
Глава 10. Нетопологические солитоны218
10.1. Солитон в модели с двумя полями218
10.2. Q-шары в теориях с плоскими направлениями225
Глава 11. Туннелирование и евклидовы классические решения в квантовой механике232
11.1. Распад метастабильного состояния в квантовой механике одной переменной232
11.2. Обобщение на случай многих переменных238
11.3. Туннелирование в потенциалах с классическим вырождением245
Глава 12. Распад ложного вакуума в теории скалярного поля254
12.1. Предварительные соображения254
12.2. Вероятность распада: евклидов пузырь (отскок)257
12.3. Тонкостенное приближение262
Глава 13. Инстантоны и сфалероны в калибровочных теориях266
13.1. Евклидовы калибровочные теории266
13.2. Классические вакуумы и инстантоны в (1 + 1)-мерной абелевой модели Хиггса268
13.3. Инстантон в четырехмерной теории Янга—Миллса273
13.4. Классические вакуумы в четырехмерных калибровочных теориях279
13.5. θ-вакуумы284
13.6. Сфалероны в четырехмерных моделях с механизмом Энглера—Браута—Хиггса288
Дополнительные задачи к части II294
Дополнение 1. Дополнительные сведения из теории групп и алгебр Ли298
Д.1.1. Группы Лоренца и Пуанкаре, конформная группа298
Д.1.2. Изоморфизм алгебр Ли SO(4) = SU(2) × SU(2)302
Д.1.3. Тензорное произведение представлений. Лемма Шура304
Д.1.4. Мера Хаара307
Д.1.5. Общие свойства компактных групп и алгебр Ли309
Д.1.6. Операторы Казимира313
Дополнение 2. Расслоения и калибровочные поля318
Д.2.1. Функции перехода318
Д.2.2. Калибровочные поля как связности на расслоениях. Монополь Дирака319
Д.2.3. Расслоение Хопфа324
Литературные указания327
1. Учебники, монографии, обзоры327
2. Статьи330
Предметный указатель335

Предисловие к пятому изданию
top

При подготовке этого издания книга подверглась довольно существенной переработке под влиянием, в частности, чтения курса лекций на кафедре физики частиц и космологии физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова. Помимо внесения уточнений и расширения некоторых разделов, был добавлен ряд новых разделов и два Дополнения в конце книги. В частности, в новом разделе 5.6 дана общая конструкция, используемая при построении лагранжианов намбу-голдстоуновских полей; в новом разделе 7.4 сформулировано и доказано простое утверждение, носящее название теоремы Коулмена и сильно упрощающее вывод уравнений поля в симметричных ситуациях, в разделах 5.5 и 6.4 дано представление о пределах применимости теорий, обсуждаемых в главах 5 и 6.

Дополнениие 1 содержит более подробное изложение элементов теории групп и алгебр Ли, а в Дополнении 2 обсуждается связь теории калибровочных полей и теории расслоений.

Мне бы хотелось выразить благодарность многочисленным коллегам из Института ядерных исследований РАН, Объединенного института ядерных исследований и физического факультета МГУ, в особенности А. П. Исаеву, Э. Я. Нугаеву и С. В. Троицкому за сотрудничество.


Предисловие ко второму изданию
top

Эта книга, вместе с публикуемой параллельно книгой "Классические калибровочные поля. Теории с фермионами. Некоммутативные теории", является переработанной и расширенной версией книги "Классические калибровочные поля" (М.: УРСС, 1999).

В редких случаях, где это совершенно необходимо, на книгу "Классические калибровочные поля. Теории с фермионами. Некоммутативные теории" имеются ссылки, при этом она именуется "книга II".

Помимо устранения опечаток и неточностей, при подготовке данной книги был добавлен ряд разделов; особенно значительной переработке была подвергнута глава 13.

Мне бы хотелось выразить благодарность моим коллегам Ф.Л.Безрукову, Д.Ю.Григорьеву, М.В.Либанову, Д.В.Семикозу, П.Г.Тинякову, С.В.Троицкому и Д.Т.Шону за большую помощь в подготовке и чтении курса лекций. Подготовка этой книги во многом опиралась на всестороннюю помощь и многочисленные советы Ф.Л.Безрукова, Д.С.Горбунова, С.В.Демидова, C. Л.Дубовского, Д.Г.Левкова, М.В.Либанова, Э.Я.Нугаева, Г.И.Рубцова, С.М.Сибирякова и С.В.Троицкого; всем им я искренне благодарен. Хотелось бы поблагодарить П.Г.Тинякова и А.А.Цейтлина за сделанные замечания.


Предисловие к первому изданию
top

В основу этой книги положен курс лекций, читавшийся в течение ряда лет на кафедре квантовой статистики и теории поля физического факультета Московского государственного университета студентам 3-го и 4-го курсов, специализирующимся в области теоретической физики.

Традиционно теория калибровочных полей включается в курсы квантовой теории поля. Однако многие понятия и результаты калибровочных теорий появляются уже на уровне классической теории поля, что делает возможным и полезным их изучение параллельно с изучением квантовой механики. Соответственно, чтение первых десяти глав этой книги не требует знания квантовой механики, в главах 11–13 используются представления и методы, излагаемые обычно в начале курса квантовой механики, и лишь для чтения последующих глав необходимо знание квантовой механики в полном объеме, включая уравнение Дирака. Сколько-нибудь подробное знакомство с квантовой теорией поля для чтения основного текста не обязательно. В то же время, с самого начала предполагается, что читателю известны классическая механика, специальная теория относительности и классическая электродинамика.

Первая часть этой книги содержит изложение основных идей теории калибровочных полей, построение калибровочно инвариантных лагранжианов и описание спектров линейных возбуждений, в том числе над нетривиальным основным состоянием. Вторая часть посвящена построению и интерпретации решений, существование которых целиком обусловлено нелинейностью уравнений поля, – солитонов, "евклидовых пузырей" и инстантонов. В третьей части рассматриваются некоторые интересные эффекты, возникающие при взаимодействии фермионов с топологическими скалярными и калибровочными полями.

Книга содержит Дополнение, где кратко обсуждается роль инстантонов как седловых точек евклидова функционального интеграла в квантовой теории поля и некоторые связанные с этим вопросы. Цель Дополнения – дать первоначальное представление об этом довольно сложном аспекте квантовой теории поля; изложение в нем схематично и никоим образом не претендует на полноту (например, мы полностью оставляем в стороне важные вопросы, касающиеся суперсимметричных калибровочных теорий). Для чтения Дополнения необходимо знакомство с квантовой теорией калибровочных полей.

Разумеется, большинство вопросов, затронутых в этой книге, так или иначе рассматривается в имеющихся монографиях, учебниках и обзорах по квантовой теории поля, далеко не полный перечень которых помещен в конце книги. В определенном смысле эта книга может служить введением в предмет.

В книге содержатся два математических отступления, где кратко, без претензии на полноту или математическую строгость излагаются элементы теории групп и алгебр Ли и гомотопической топологии. Это должно сделать возможным чтение книги без постоянного обращения к более специальной литературе по данным вопросам.

Мне бы хотелось выразить благодарность моим коллегам Ф.Л.Безрукову, Д.Ю.Григорьеву, М.В.Либанову, Д.В.Семикозу, П.Г.Тинякову, С.В.Троицкому и Д.Т.Шону за большую помощь в подготовке и чтении курса лекций, внимательное чтение рукописи и подготовку ее к публикации.


Об авторе
top
photoРубаков Валерий Анатольевич
Один из крупнейших мировых специалистов в области квантовой теории поля, физики элементарных частиц и космологии. Его работы внесли основополагающий вклад в различные разделы теории ранней Вселенной, непертурбативной квантовой теории поля, физики элементарных частиц за пределами Стандартной модели. Академик, руководитель секции ядерной физики РАН. Один из основателей и руководитель кафедры физики частиц и космологии физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова.