Аннотация:
Найдена явная формула для произвольного 6j-символа конечномерных неприводимых представлений алгебры Ли gl3. Он записывается как результат подстановки ±1 в ряд гипергеометрического типа, родственный Γ-ряду – простейшему гипергеометрическому ряду от нескольких переменных. Приведены необходимые условия того, чтобы значение 6j-символа было отлично от нуля.
Коэффициенты Рака для алгебры Ли g определяются следующим образом. Рассмотрим неприводимые представления V1, V2, V3 данной алгебры и их тензорное произведение V1⊗V2⊗V3. Скобки в данном произведении могут быть расставлены двумя способами: как
(V1⊗V2)⊗V3илиV1⊗(V2⊗V3).
Соответственно произведение V1⊗V2⊗V3 в сумму неприводимых представлений можно разлагать двумя способами.
1. Сначала разлагаем произведение V1⊗V2:
V1⊗V2=⨁UMultV1,V2U⊗U,
где U – неприводимое представление, а MultV1,V2U – пространство кратности. Это векторное пространство, не снабженное действием алгебры g. Умножая тензорно равенство (1) на V3 справа, получаем
(V1⊗V2)⊗V3=⨁U,WMultV1,V2U⊗MultU,V3W⊗W.
2. Сначала разлагаем произведение V2⊗V3 как
V2⊗V3=⨁UMultV2,V3H⊗H
и далее получаем
V1⊗(V2⊗V3)=⨁U,WMultV2,V3H⊗MultV1,HW⊗W.
Имеется изоморфизм Φ:(V1⊗V2)⊗V3→V1⊗(V2⊗V3), который дает отображение
После выбора базиса в пространствах кратности появляются матричные элементы отображения Рака. Они называются коэффициентами Рака. Если s – индекс, перечисляющий базисные векторы в пространстве кратности, то для коэффициентов Рака используется обозначение
W{V1V2UV3WH}s1,s2s3,s4,
где s1, s2, s3, s4 – индексы базисных векторов в MultV1,V2U, MultU,V3W, MultV2,V3P, MultV1,HW соответственно.
Из этого определения понятно значение коэффициентов Рака с точки зрения теории представлений. Рассмотрим категорию конечномерных представлений и перейдем к ее кольцу Гротендика. Фактически это означает переход от категории представлений к кольцу их характеров. При этом переходе теряется часть информации о категории представлений, например информация, заключенная в коэффициентах Рака [1]. В некоторых случаях категорию представлений можно восстановить по кольцу Гротендика и коэффициентам Рака.
Коэффициенты Рака применяются в квантовой механике. Они были введены Рака в работе [2]. В случае алгебры g=sl2 эти коэффициенты обсуждаются во всех учебниках по квантовой механике (см., например, [3], [4]) и учебниках по теории углового момента (см., например, [5], [6]). Для конечномерных неприводимых представлений алгебры sl2 имеются явные формулы для коэффициентов Рака, в которых они выражаются как значения гипергеометрических функций [7]. При этом задача вычисления коэффициентов Рака для бесконечномерных представлений алгебры sl2 остается до сих пор актуальной [8], [9]. Коэффициенты Рака для sl3 также представляют интерес [10], [11]. Общая формула для 6j-символа в случае алгебры sl3 неизвестна (см. введение к диссертации [12]). На сегодняшний день явные формулы получены только для некоторых классов представлений [13]–[16]. Отметим также работы [17], [18], где найдены некоторые классы коэффициентов Рака, и этот результат играет важную техническую роль в вычислении некоторых коэффициентов Клебша–Гордана для алгебры gl3.
Также следует отметить, что в настоящее время даже большее внимание уделяется квантовым коэффициентам Рака, т. е. коэффициентам Рака для квантовых алгебр Ли. Привести полный обзор этой деятельности не представляется возможным, упомянем лишь недавние работы [19], [20], где рассматривались коэффициенты Рака для алгебр, отличных от Uq(sl2).
1.2. 6j-Символы
Данные коэффициенты были введены Вигнером1[x]1Эти коэффициенты не называются коэффициентами Вигнера, так как термин “коэффициенты Вигнера” зарезервирован для коэффициентов разложения тензорного произведения двух представлений на неприводимые; они же коэффициенты Клебша–Гордана. даже ранее, чем коэффициенты Рака. Для их определения сначала введем 3j-символы. Пусть V1, V2, V3 – представления алгебры g и {v1α}, {v2β}, {v3γ} – базисы в этих представлениях.
Определение 2.3j-Символ – это набор числовых коэффициентов
(V1V2V3v1αv2βv3γ)f∈C,
такой что
∑α,β,γ(V1V2V3v1αv2βv3γ)fv1α⊗v2β⊗v3γ=f∈V1⊗V2⊗V3,
где f – семиинвариант для действия алгебры gl3, т. е. f является собственным вектором для картановской подалгебры и обращается в нуль при действии корневыми элементами.
Легко заметить связь 3j-символов с коэффициентами Клебша–Гордана. Возьмем разложение (1), введем в пространстве кратности базис {es} и положим Us:=es⊗U, тогда (1) можно написать так: V1⊗V2=⨁s,UUs. Выбрав базисы {v1α}, {v2β}, {usγ} в этих пространствах, получаем
usγ=∑α,βDU,γ,sV1,V2;α,βv1α⊗v2β.
Коэффициент DU,γ,sV1,V2;α,β∈C называется коэффициентом Клебша–Гордана, он связан с 3j-символом соотношением
DU,γ,sV1,V2;α,β=(V1V2¯UUv1αv2βˉuγ)s,
где ¯UU и ˉuγ – контраградиентное представление и двойственный базис в нем. Введение индекса s у 3j-символов несет следующую информацию. Пространство 3j-символов с заданными внутренними индексами изоморфно пространству кратности. Поэтому, фиксируя базис в пространстве кратности, мы фиксируем базисные 3j-символы.
Определение 3.6j-Символом называется результат спаривания 3j-символов по правилу
Это выражение следует понимать так: на 3j-символ алгебра Ли g действует путем действия на нижние индексы. Мы образуем семиинвариант из четырех 3j-символов, спаривая индексы так, что у двух 3j-символов спаривается только одна пара индексов.
Теперь запишем связь коэффициентов Рака и 6j-символов:
W{V1V2UV3WH}ˉs1,ˉs2s3,s4={V1V2UV3WH}s1,s2s3,s4.
В этом выражении мы используем тот факт, что имеет место двойственность между пространствами MultV1,V2U и MultˉV1,ˉV2ˉU. При этом если s – индекс базисного вектора в MultV1,V2U, то ˉs – индекс двойственного базиса в MultˉV1,ˉV2ˉU. Далее мы будем иметь дело с 6j-символами.
1.3. Результаты настоящей работы
Мы получаем простую явную формулу для произвольного 6j-символа конечномерных неприводимых представлений алгебры gl3. Это удается сделать благодаря использованию следующих идей.
Во-первых, используется так называемая реализация А-ГКЗ представления алгебры gl3, подробно описанная в [21]. Пространство представления реализуется как подпространство в пространстве полиномов от переменных AX, X⊂{1,2,3}, антисимметричных по X, но не подчиняющимся каким-либо другим соотношениям. Пространство представления описывается как пространство полиномиальных решений некоторого уравнения в частных производных, называемого антисимметризованным уравнением Гельфанда–Капранова–Зелевинского (уравнением А-ГКЗ). В данной реализации удается найти в явном виде функции от переменных AX, соответствующие базисным векторам Гельфанда–Цетлина (см. оригинальную работу [22], а также [21]). Важно, что в данной модели имеется записывающееся явно скалярное произведение.
Во-вторых, используется построенный в [23] индекс кратности s для коэффициентов Клебша–Гордана и 3j-символов.
В-третьих, используется полученная в [21] явная и простая формула для произвольного 3j-символа конечномерных неприводимых представлений2[x]2В работе [23] получено тоже явное, но гораздо более громоздкое решение этой задачи..
Эти обстоятельства позволяют найти простую формулу для произвольного 6j-символа конечномерных неприводимых представлений, выражающуюся через значения функции гипергеометрического типа.
Структура настоящей работы такова. Во вводном разделе 2 описывается представление А-ГКЗ и функциональные реализации представлений алгебры gl3, а также приведены решение проблемы кратности для задачи разложения тензорного произведения gl3 в сумму неприводимых представлений и формула для 3j-символа через скалярные произведения. В основном разделе 3 вычисляется произвольный 6j-символ для алгебры gl3. Прежде всего в п. 3.1 для него приведена неявная формула через скалярное произведение (лемма 1), затем в п. 3.2 доказаны правила отбора для 6j-символа (теорема 3). Наконец, в п. 3.3 получена явная формула для 6j-символа (теорема 4).
2. Основные понятия
2.1. A-гипергеометрические функции
Подробную информацию о Γ-ряде можно найти в работе [24].
где z=(z1,…,zN), в числителе и знаменателе используются мультииндексные обозначения
zb+μ:=N∏i=1zbi+μii,Γ(b+μ+1):=N∏i=1Γ(bi+μi+1).
Замечание 1. Более компактная запись для ряда (10) такова:
Fμ(z,B)=∑x∈μ+BzxΓ(x+1).
Заметим, что если хотя бы одна из компонент вектора b+μ целая отрицательная, то соответствующее слагаемое в (10) обращается в ноль. Благодаря этому рассматриваемые в работе ряды будет содержать только конечное число членов. Для простоты мы будем писать факториалы вместо Γ-функций.
Γ-ряд удовлетворяет системе ГКЗ. Выпишем ее явно в случае, когда
Всюду далее в работе речь пойдет о конечномерных неприводимых представлениях. Подробности можно найти в [21].
Рассмотрим переменные AX, где X⊂{1,2,3} – собственное подмножество, антисимметричные по X, но другим соотношениям не подчиняющиеся. На этих переменных имеется действие алгебры gl3, определяемое по правилу
Ei,jAX={AX|j↦i,еслиj∈X,0в прочих случаях.
Здесь X|j↦i обозначает процедуру замены индекса j на i.
Рассмотрим уравнение А-ГКЗ
(∂2∂A1∂A2,3−∂2∂A2∂A1,3+∂2∂A3∂A1,2)F=0.
Замечание 2. Термин А-ГКЗ объясняется так. Рассмотрим систему (11), оставим в ней только первое уравнение и “антисимметризуем” его, добавив третий член. Получающееся уравнение и есть уравнение А-ГКЗ.
Теорема 1. Пространство полиномиальных решений уравнения (13) инвариантно под действием алгебры gl3. Как представление пространство полиномиальных решений есть прямая сумма с кратностью 1 всех конечномерных неприводимых представлений с m3=0. Пространство неприводимого представления со старшим весом [m1,m2,0] имеет старший вектор Am1−m21Am21,2 и состоит из всех полиномиальных решений, у которых однородная степень по переменным AX с |X|=1 равна m1−m2, а однородная степень по переменным AX с |X|=2 равна m2.
Укажем базис в пространстве полиномиальных решений. Для этого рассмотрим пространство C6 с координатами A1, A2, A3, A1,2, A1,3, A2,3 и определим векторы
v=e1−e2−e1,3+e2,3,r=e3+e1,2−e1−e2,3.
Теперь рассмотрим Γ-ряд, связанный с решеткой B=Z⟨v⟩ и вектором μ∈Z6:
Fμ(A,B):=∑t∈ZAμ+tv(μ+tv)!.
Здесь мы использовали мультииндексное обозначение
Aμ+tv=∏XAμX+tvXX,(μ+tv)!=∏X(μX+tvX)!.
Тогда (см. необходимые вычисления в [23], [25] или [21]) базис в пространстве полиномиальных решений образуют ненулевые функции
Заметим, что функция Fμ(A) фактически зависит не от вектора μ, а от сдвинутой решетки Π=μ+Z⟨v⟩. Если данная функция ненулевая, то она есть не что иное, как базисный вектор Гельфанда–Цетлина. А именно, диаграмме Гельфанда–Цетлина
(mp,q)=(m1,3m2,3m3,3m1,2m2,2m1,1)
соответствует такая функция Fμ(A), что сдвинутая решетка Π=μ+Z⟨v⟩ задается уравнениями
причем такое соответствие между диаграммами Гельфанда–Цетлина и ненулевыми функциями Fμ(A) взаимно однозначно.
Важно, что в реализации А-ГКЗ имеется записываемое в явном виде инвариантное скалярное произведение
⟨f(A),g(A)⟩=f(∂∂A)g(A)|A=0.
Также заметим, что если представление V реализовано в пространстве полиномов от переменных AX, т. е. V={h(A)}, то контраградиентное представление реализуется в пространстве полиномов от операторов ∂/∂AX, на которых имеется действие алгебры gl3, порожденное действием на функциях от AX. При этом
Так как базис Fμ(A) есть базис Гельфанда–Цетлина, который является ортогональным, двойственным базисом к Fμ(A) будет базис 1|Fμ|2Fμ(∂∂A).
2.3. Функциональная реализация
Нам понадобится еще одна реализация, подробности о ней можно найти в [26]. Функции на группе GL3 образуют представление группы GL3. На функцию f(g), g∈GL3, элемент группы X∈GL3 действует с помощью правых сдвигов по правилу
(Xf)(g)=f(gX).
Переходя к инфинитезимальному действию, получаем, что на пространстве всех функций на GL3 имеется действие алгебры gl3.
Любое конечномерное неприводимое представление может быть реализовано как подпредставление в пространстве функций. А именно, если [m1,m2,m3] – старший вес, то в пространстве всех функций имеется старший вектор с таким весом, который явно записывается следующим образом. Пусть aji, i,j=1,2,3, – функция матричного элемента на группе GL3. Здесь j – номер строки, а i – номер столбца. Кроме того, положим
ai1,…,ik:=det
где берется определитель подматрицы в матрице (a_i^j), образованный строками с номерами 1,\ldots,k и столбцами с номерами i_1,\ldots,i_k. Оператор E_{i,j} действует на определитель путем действия на индексы столбцов по формуле, аналогичной (12):
а переменные A_X независимы. С одной стороны, это упрощает описание пространства представления. Так, имеет место теорема (ср. с теоремой 1).
Теорема 2. Пространство неприводимого представления, старший вес которого равен [m_1,m_2,0], а старший вектор есть a_1^{m_1-m_2}a_{1,2}^{m_2}, состоит из всех полиномов, у которых однородная степень по переменным a_X с |X|=1 равна m_1-m_2, а однородная степень по переменным a_X с |X|=2 равна m_2.
C другой стороны, при этом усложняются многие вычисления. Так, формула для инвариантного скалярного произведения (19) неверна, если механически заменить A_X на a_X. Тем не менее имеет место следующий результат: при подстановке (24) функция F_\mu(A) переходит в \mathcal F_\mu(a,B), так что \mathcal F_\mu(a,B) есть вектор базиса Гельфанда–Цетлина в функциональной реализации.
2.4. Решение проблемы кратности для 3j-символов
Построим в явном виде индекс кратности s для 3j-символов. Тройное тензорное произведение может быть реализовано в пространстве функций на GL_3\times GL_3\times GL_3. Функции матричных элементов на этих экземплярах GL_3 будем обозначать как a_i^j, b_i^j, c_i^j. Соответствующими буквами будем обозначать определители матриц, составленных из этих матричных элементов.
Построим в явном виде некоторые семиинвариантные векторы f. Легко понять, что семиинвариантным является вектор вида
и \tilde b_i^1, \tilde c_i^1 определяются аналогично. При этом f лежит в тензорном произведении V^1\otimes V^2\otimes V^3 представлений со старшими весами [m_1,m_2,0], [m'_1,m'_2,0], [M_1,M_2,0], если и только если выполнены условия
Предложение 1 (см. предложение 2 в [23]). В пространстве 3j-символов с одинаковыми внутренними индексами имеется набор порождающих, состоящий из 3j-символов, индексированных семиинвариантными функциями f вида (26); эти 3j-символы согласованы со старшими весами в верхней строке 3j-символа по правилу (28). Чтобы получить базис, необходимо оставить функции f, в которых либо \tau_1=0, либо \tau_8=0.
2.5. Выражение для 3j-символов
Будем выбирать в представлениях базисы типа F_\mu(A), но, чтобы согласовать обозначения с (9), будем использовать индекс \alpha_i для перечисления базисных векторов. Таким образом, в качестве v^1_{\alpha_1} выберем F_{\alpha_1}(A^1), в качестве v^2_{\alpha_2} выберем F_{\alpha_2}(A^2) и т. д. Также будем использовать функцию, задающую семиинвариант, как индекс кратности у 3j-символа.
Вычисления в настоящей работе основаны на формуле для 3j-символов в базисе F_\alpha, полученной в работе [21]. Пусть G – семиинвариант в V^1\otimes V^2\otimes V^3 в реализации А-ГКЗ и
Также заметим следующее. Пусть семиинвариант G в реализации А-ГКЗ соответствует семиинварианту f в функциональной реализации, задаваемому функцией (26). Тогда
где r(A,B,C) лежит в идеале соотношений между определителями a_X, b_X, c_X. Этот идеал порождается соотношениями (25), а также аналогичными соотношениями для b_X, c_X. Тогда
так как F_{\alpha_1}(A), F_{\alpha_2}(B), F_{\alpha_3}(C) – решения уравнений А-ГКЗ (13), а скалярное произведение задается формулой (19). Значит, 3j-символ вычисляется как
Приступим к вычислению 6j-символа (9). Сначала приведем выражение для него в терминах скалярных произведений, а затем выпишем явную формулу через значение функции гипергеометрического типа, в аргументы которой подставлены \pm 1.
3.1. Выражение через скалярные произведения
Найдем выражение для 6j-символа (9). Пусть индексы кратности s_1,\ldots,s_4 в (9) соответствуют функциям f_1,\ldots,f_4.
Нам необходимо вычислить 3j-символ для контраградиентного представления и двойственного базиса. При реализации контраградиентного представления, описанной в конце п. 2.3, двойственным для F_{\alpha_i}(A^i) является базис \frac{1}{|F_{\alpha_i}|^2}F_{\alpha_i}(\frac{\partial}{\partial A^i}).
Заметим, что 3j-символ вида
\begin{equation*}
\begin{pmatrix} \kern1.3pt\overline{\vphantom{V}\kern6pt}\kern-7.3pt V ^1 & \kern1.3pt\overline{\vphantom{V}\kern6pt}\kern-7.3pt V ^2 & U \\ F_{\alpha_1}\bigl(\frac{\partial}{\partial A^1}\bigr) & F_{\alpha_2}\bigl(\frac{\partial}{\partial A^2}\bigr) & F_{\alpha_4}(A^4) \end{pmatrix}^{\!f}
\end{equation*}
\notag
Скалярное произведение в тех случаях, когда аргументом функции является не переменная, а оператор дифференцирования, вычисляется по формуле, аналогичной (19). Как следствие этой явной формулы имеем
Базисы F_{\alpha_1}(A^1) и F_{\alpha_1}\bigl(\frac{\partial}{\partial A^1}\bigr) и т. п. не являются двойственными, двойственным к базису F_{\alpha_1}(A^1) является \frac{1}{|F_{\alpha_1}|^2}F_{\alpha_1}\bigl(\frac{\partial}{\partial A^1}\bigr). В результате 6j-символ выражается через рассмотренные 3j-символы (30) следующим образом:
\begin{equation}
\begin{aligned} \, \begin{Bmatrix} V^1 & V^2 & U \\ V^3 & W & H \end{Bmatrix}^{f_1,f_2}_{f_3,f_4}:= \sum_{\alpha_1,\ldots,\alpha_6}& \begin{pmatrix} \kern1.3pt\overline{\vphantom{V}\kern6pt}\kern-7.3pt V ^1 & \kern1.3pt\overline{\vphantom{V}\kern6pt}\kern-7.3pt V ^2 & U \\ F_{\alpha_1}\bigl(\frac{\partial}{\partial A^1}\bigr) & F_{\alpha_2}\bigl(\frac{\partial}{\partial A^2}\bigr) & F_{\alpha_4}(A^4) \end{pmatrix}^{\!f_1}\times{} \notag\\ &\times\begin{pmatrix} \kern1.5pt\overline{\vphantom{U}\kern5.6pt}\kern-7.1pt U & \kern1.3pt\overline{\vphantom{V}\kern6pt}\kern-7.3pt V ^3 & W \\ F_{\alpha_4}\bigl(\frac{\partial}{\partial A^4}\bigr) & F_{\alpha_3}\bigl(\frac{\partial}{\partial A^3}\bigr) & F_{\alpha_4}(A^5) \end{pmatrix}^{\!f_2}\times{} \notag\\ &\times\begin{pmatrix} V^2 & V^3 & \kern1.9pt\overline{\vphantom{H}\kern6.2pt}\kern-8.1pt H \\ F_{\alpha_2}(A^2) & F_{\alpha_3}(A^3) & F_{\alpha_6}\bigl(\frac{\partial}{\partial A^6}\bigr) \end{pmatrix}^{\!f_3}\times{} \notag\\ &\times \begin{pmatrix} V^1 & H & \kern0.5pt\overline{\vphantom{W}\kern10pt}\kern-10.5pt W \\ F_{\alpha_1}(A^1) & F_{\alpha_6}(A^6) & F_{\alpha_5}\bigl(\frac{\partial}{\partial A^5}\bigr) \end{pmatrix}^{f_4}\times{} \notag\\ &\times |F_{\alpha_1}|^2\ldots|F_{\alpha_6}|^2. \end{aligned}
\end{equation}
\tag{32}
Подставим выражения (30) в (32) с учетом (31). При этом стоящие в конце (32) выражения |F_{\alpha_i}|^2 напишем в виде F_{\alpha_i}\bigl(\frac{\partial}{\partial A^i}\bigr)F_{\alpha_i}(A^i)\mid_{A=0}. После перестановки членов получим
Предполагается, что выражение (33) вычисляется так. Сначала оно представляется как сумма мономов от переменных и дифференциальных операторов, при этом мы перемножаем переменные и дифференциальные операторы так, как если бы они коммутировали. Затем в каждом мономе дифференциальные операторы действуют на произведение встречающихся в мономе переменных. Наконец, подставляются нули вместо всех переменных.
3.2. Правила отбора
Найдем условия, необходимые для того, чтобы 6j-символ был ненулевым. Для этого рассмотрим носители различных функций.
Определение 4. Носителем функции f от переменных Z=\{z_1,\ldots,z_N\}, разложенной в степенной ряд, будем называть множество \operatorname{supp} f показателей \delta\in\mathbb{Z}^N мономов Z^{\delta}:=z_1^{\delta_1}\ldots z_N^{\delta_N}, входящих в разложение функции f.
В работе [21] функция f вида (26) рассматривалась как функция от переменных
так что отдельные слагаемые в определителях (caa),(acc),\ldots,(aabbcc) отождествлялись с данными переменными. При этом в [21] было показано, что носитель функции f вида (26) имеет вид пересечения сдвинутой решетки и положительного октанта:
Более того, f является \Gamma-рядом от переменных Z, взятых со знаком плюс или минус, построенным по решетке \mathcal B и вектору сдвига \kappa. Со знаком минус берутся ровно те переменные, которые входят в определитель со знаком минус.
Функцию f можно понимать и более привычным способом: как функцию от A_X, B_X, C_X. Переход от переменных Z к переменным A_X, B_X, C_X осуществляется с помощью очевидной подстановки типа
\begin{equation}
[c_1a_{2,3}]\mapsto C_1A_{2,3}\quad\text{и т. д.}
\end{equation}
\tag{35}
При этом возникают отображения \operatorname{pr} _a, \operatorname{pr} _b, \operatorname{pr} _c из пространства показателей для переменных Z в пространство показателей для переменных A_X, B_X, C_X соответственно:
Здесь \mathbb{Z}^{30} – решетка показателей мономов от переменных Z, а \mathbb{Z}^6 – решетка показателей мономов от переменных A_X (или B_X, или C_X). Соответственно в \mathbb{Z}^{30} имеется базис, индексированный переменными Z, а в \mathbb{Z}^6 – базис, индексированный собственными подмножествами X\subset\{1,2,3\}.
Теперь можно сформулировать условие, необходимое для того, чтобы 6j-символ был отличен от нуля. Рассмотрим выражение (33). Имеем
Для каждого i=1,\ldots,4 имеются отображения \operatorname{pr} ^i_a,\, \operatorname{pr} ^i_b,\, \operatorname{pr} ^i_c\colon\mathbb{Z}^{30}\to\mathbb{Z}^{6}. Можно взять их прямую сумму и получить отображение \operatorname{pr} ^i_a\oplus \operatorname{pr} ^i_b\oplus \operatorname{pr} ^i_c\colon\mathbb{Z}^{30}\to(\mathbb{Z}^{6})^{\oplus 3}. Рассмотрим также суммарное отображение
При этом естественно ввести в \bigoplus_{i=1}^4(\mathbb{Z}^{6})^{\oplus 3} базис e_X^{A^j,i}, элементы которого пронумерованы следующим образом. Нижний индекс – это собственное подмножество X\subset\{1,2,3\}, таким образом, данные индексы перечисляют базисные векторы в выбранном пространстве \mathbb{Z}^6. Верхних индексов два, первый из них обозначает одну из переменных (или дифференциальный оператор), которая подставляется в f_i в (26), таким образом, фиксация данного индекса определяет выбор одного из трех слагаемых в (\mathbb{Z}^{6})^{\oplus 3}. Второй верхний индекс – это собственно номер i, определяющий слагаемое (\mathbb{Z}^{6})^{\oplus 3} в \bigoplus_{i=1}^4(\mathbb{Z}^{6})^{\oplus 3}.
Так, в образе (\mathbb{Z}^{6})^{\oplus 3}, соответствующем f_1, базис будет таков:
\begin{equation*}
\begin{alignedat}{3} &\text{в первом слагаемом } \mathbb{Z}^6: &\quad & e^{A^1,1}_1,\,e^{A^1,1}_2,\,e^{A^1,1}_3e^{A^1,1}_{1,2},\,e^{A^1,1}_{1,3},\,e^{A^1,1}_{2,3}; \\ &\text{во втором слагаемом } \mathbb{Z}^6: &\quad & e^{A^2,1}_1,\,e^{A^2,1}_2,\,e^{A^2,1}_3e^{A^2,1}_{1,2},\,e^{A^2,1}_{1,3},\,e^{A^2,1}_{2,3}; \\ &\text{в третьем слагаемом } \mathbb{Z}^6: &\quad& e^{A^4,1}_1,\,e^{A^4,1}_2,\,e^{A^4,1}_3e^{A^4,1}_{1,2},\,e^{A^4,1}_{1,3},\,e^{A^1,1}_{2,3}. \end{alignedat}
\end{equation*}
\notag
В образе (\mathbb{Z}^{6})^{\oplus 3}, соответствующем f_2, базис будет таков:
как решетку, порожденную для всех возможных X\subset\{1,2,3\} векторами, которые получаются как разности векторов с одинаковыми X, одинаковой переменной A^j, но отвечающих разным f_i.
Заметим следующее. Пусть имеется моном, получающийся при разложении (33). Он дает ненулевой вклад, если в нем для каждой переменной A^j_X, j=1,\ldots,6, порядок дифференцирования по A^j_X совпадает со степенью переменной A^j_X. Условие того, что такие мономы существуют, переформулированное в терминах носителей, дает следующий результат.
Теорема 3. Чтобы 6j-символ (33) был отличен от нулевого, необходимо, чтобы выполнялось условие
где H определяется в (36), а решетка D задана в определении 5.
Замечание 3. Условие отличия от нуля 6j-символа (33) можно также сформулировать в терминах носителей функций f_i как функций от переменных A^j. Видно, что носитель \operatorname{supp} _A f_i функции f_i как функции от переменных A^j есть образ носителя \operatorname{supp} f_i функции f_i как функции от переменных Z при отображении \operatorname{pr} ^i_a\oplus \operatorname{pr} ^i_b\oplus \operatorname{pr} ^i_c, и поэтому он тоже является сдвинутой решеткой. Тогда необходимое условие того, чтобы 6j-символ мог быть ненулевым, формулируется так: носитель \operatorname{supp} _A(f_1f_2f_3f_4)= \operatorname{pr} (H) имеет непустое пересечение с D.
Для вычисления значения 6j-символа нам удобнее работать с переменными Z.
3.3. Формула для 6j-символа
Функции f_1, f_2, f_3, f_4 можно рассматривать как функции от наборов переменных Z_1, Z_2, Z_3, Z_4, где Z_i – набор переменных, получаемых из (34) заменой символов a, b, c на символы переменных (или дифференциальных операторов), подставляемых в f_i в (33). А именно,
Вычисление выражения (33) можно описать так. Сначала мы рассматриваем f_1\ldots f_4 как функцию от набора переменных Z_1, Z_2, Z_3, Z_4. Разлагаем f_1\ldots f_4 в сумму произведений мономов от данных переменных. Оставляем лишь слагаемые, носители которых лежат в H\cap \operatorname{pr} ^{-1}( D)\neq\varnothing. Далее для каждой из переменных из набора Z_1, Z_2, Z_3, Z_4 совершаем замену типа (35) с учетом (38) и переходим к переменным A^j_X или \partial/\partial A_X^j в соответствии с тем, переменная или дифференциальный оператор участвует в f_i в (33). Перемножаем их так, как если бы они коммутировали. Затем в получившемся мономе от A^j_X или \partial/\partial A_X^l применяем дифференциальные операторы к переменным и поставляем вместо переменных ноль.
Например, если сосредоточить внимание на переменной A_1^1 в мономе, то наши действия выглядят так. Данный символ встречается в обозначении переменных, входящих в наборы Z_1 и Z_4. Берем моном, получающийся при разложении f_1\ldots f_4. Пусть его носитель лежит в H\cap \operatorname{pr} ^{-1}(D). Запишем моном в явном виде вместе с коэффициентом при этом мономе. Выше было замечено, что функции f_1,\ldots,f_4 являются \Gamma-рядами от набора переменных Z_1, Z_2, Z_3, Z_4, так что коэффициент при мономе есть произведение обратных величин к факториалам степеней:
Далее вычисляем сумму показателей переменных, в обозначении которых есть A_1^1. Для множителей, происходящих из f_1, эта сумма равна \beta_1+\beta_2+\cdots{}, а для множителей, происходящих из f_4, эта сумма равна \gamma_1+\gamma_2+\cdots{}. Тот факт, что носители лежат в H\cap \operatorname{pr} ^{-1}(D), влечет, что \beta_1+\beta_2+\cdots=\gamma_1+\gamma_2+\cdots. При переходе к A^j_X или \partial/\partial A_X^j в множители, происходящие из f_1, подставляется \partial/\partial A_1^1, а в множители, происходящие из f_4, подставляется A_1^1. После применения дифференциального оператора к переменной A_1^1 и подстановки вместо A_1^1 нуля в (39) фактически происходит удаление всех символов A_1^1 и дописывается сверху числовой множитель (\beta_1+\beta_2+\cdots)!.
После выполнения аналогичных действий со всеми переменными A_X^j моном (39) превращается в числовую дробь. В ее знаменателе стоит факториал (в мультииндексном смысле) степени монома как монома от переменных Z_1,\ldots,Z_4, а в числителе – факториал (опять в мультииндексном смысле) степени монома как монома от переменных A_X^j.
Приступим к формулировке основного результата настоящей работы. Множество H\cap \operatorname{pr} ^{-1}(D) является сдвинутой решеткой. Следовательно, для некоторого вектора \varkappa и решетки L\subset \mathbb{Z}^{30}\oplus\mathbb{Z}^{30}\oplus\mathbb{Z}^{30}\oplus\mathbb{Z}^{30} можно записать следующее соотношение:
Существует проекция \operatorname{pr} , определяемая формулой (37). Свяжем со сдвинутой решеткой \varkappa+L ряд гипергеометрического типа (на самом деле являющийся конечной суммой) от переменных Z=\{Z_1,\ldots,Z_4\}, который определяется формулой, родственной (10):
Теорема 4.6j-Символ (33) равен \mathcal J_\gamma(\pm 1;L), где +1 подставляется вместо тех переменных, которые в определители, перемножаемые в f_i, входят со знаком плюс, и -1 подставляется вместо тех переменных, которые в эти определители входят со знаком минус. Сдвинутая решетка \varkappa+L определяется по формуле (40), где H=\oplus H_i, H_i= \operatorname{supp} f_i; подрешетка D задается определением 5; отображение \operatorname{pr} определено в (37).
Конфликт интересов
Автор заявляет, что у него нет конфликта интересов.
Список литературы
1.
P. Etingof, S. Gelaki, D. Nikshych, V. Ostrik, Tensor Categories, Mathematical Surveys and Monographs, 205, AMS, Providence, RI, 2015
2.
G. Racah, “Theory of complex spectra. II”, Phys. Rev., 62:9–10 (1942), 438–462
3.
E. Вигнер, Теория групп и ее приложения к квантовомеханической теории атомных спектров, ИЛ, М., 1961
4.
Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц, Теоретическая физика, т. 3, Квантовая механика (нерелятивистская теория), Физматлит, М., 2004
5.
Д. А. Варшалович, А. Н. Москалев, В. К. Херсонский, Квантовая теория углового момента, Наука, Л., 1975
6.
L. C. Biedenharn, J. D. Louck, Angular momentum in quantum mechanics, Encyclopedia of Mathematics and its Applications, 8, ed. G.-C. Rota, Addison–Wesley, Reading, MA, 1981
7.
N. Ja. Vilenkin, A. U. Klimyk, Representation of Lie Groups and Special Functions, v. 1, Mathematics and its Applications (Soviet Series), 72, Simplest Lie Groups, Special Functions and Integral Transforms, Kluwer, Dordrecht, 1991
8.
С. Э. Деркачёв, В. П. Спиридонов, “О 6j-символах для группы SL(2,\mathbb{C})”, ТМФ, 198:1 (2019), 32–53
9.
С. Э. Деркачёв, А. В. Иванов, “Коэффициенты Рака для группы \mathrm{SL}(2,\mathbb{R})”, Вопросы квантовой теории поля и статистической физики. 28, Зап. научн. сем. ПОМИ, 509, ПОМИ, СПб, 2021, 99–112
10.
C. Rebbi, R. Slansky, “Crossing matrices for SU(2) and SU(3)”, Rev. Mod. Phys., 42:1 (1970), 68–86
11.
P. Arnold, “Landau–Pomeranchuk–Migdal effect in sequential bremsstrahlung: large-N QCD to N=3 via the SU(N) analog of Wigner 6-j symbols”, Phys. Rev. D, 100:3 (2019), 034030, 17 pp.
12.
А. В. Слепцов, Симметрии квантовых инвариантов узлов и квантовых 6j-символов, Дис. \ldots доктора физ.-матем. наук, ИТЭФ, М., 2022
13.
P. H. Butler, B. G. Wybourne, “Calculation of j and jm symbols for arbitrary compact groups. I. Methodology”, Int. J. Quantum Chem., 10:4 (1976), 581–598
14.
K. T. Hecht, “A simple class of U(N) Racah coefficients and their application”, Comm. Math. Phys., 41:2 (1975), 135–156
15.
R. A. Gustafson, “A Whipple's transformation for hypergeometric series in U(N) and multivariable hypergeometric orthogonal polynomials”, SIAM J. Math. Anal., 18:2 (1987), 495–530
16.
M. K. F. Wong, “On the multiplicity-free Wigner and Racah coefficients of U(n)”, J. Math. Phys., 20:12 (1979), 2391–2397
17.
J. D. Louck, L. C. Biedenharn, “Canonical adjoit tensor operators in U(n)”, J. Math. Phys., 11:8 (1970), 2368–2411
18.
L. C. Biedenharn, J. D. Louck, E. Chacón, M. Ciftan, “On the structure of the canonical tensor operators in the unitary groups. I. An extension of the pattern calculus rules and the canonical splitting in U(3)”, J. Math. Phys., 13:12 (1972), 1957–1984
19.
A. Mironov, A. Morozov, A. Sleptsov, “On 6j-symbols for symmetric representations of U_q(\mathfrak{su}_N)”, Письма в ЖЭТФ, 106:10 (2017), 607–608
20.
V. Alekseev, A. Morozov, A. Sleptsov, “Multiplicity-free U_q(SU(n))6-j symbols: Relations, asymptotics, symmetries”, Nucl. Phys. B., 960 (2020), 115164, 33 pp.
21.
Д. В. Артамонов, “Формулы вычисления 3j-символов для представлений алгебры Ли \mathfrak{gl}_3 в базисе Гельфанда–Цетлина”, Сиб. матем. журн., 63:4 (2022), 717–735
22.
G. E. Baid, L. C. Biedenharn, “On the representations of semisimple Lie groups. II”, J. Math. Phys., 4:12 (1963), 1449–1466
23.
Д. В. Артамонов, “Коэффициенты Клебша–Гордана для \mathfrak{gl}_3 и гипергеометрические функции”, Алгебра и анализ, 33:1 (2021), 1–29, arXiv: 2101.01049
24.
И. М. Гельфанд, М. И. Граев, В. С. Ретах, “Общие гипергеометрические системы уравнений и ряды гипергеометрического типа”, УМН, 47:4 (1992), 3–82
25.
D. V. Artamonov, “Antisymmetrization of the Gel'fand–Kapranov–Zelevinskij systems”, J. Math. Sci., 255:5 (2021), 535–542
26.
Д. П. Желобенко, Компактные группы Ли и их представления, МЦНМО, М., 2007
Образец цитирования:
Д. В. Артамонов, “Классические 6j-символы конечномерных представлений алгебры \mathfrak{gl}_3”, ТМФ, 216:1 (2023), 3–19; Theoret. and Math. Phys., 216:1 (2023), 909–923
Д. В. Артамонов, “Базис типа Гельфанда–Цетлина для алгебры \mathfrak{g}_2”, Алгебра и анализ, 37:1 (2025), 1–31
Д. В. Артамонов, “Модели представлений для классических серий алгебр Ли”, Изв. РАН. Сер. матем., 88:5 (2024), 3–46; D. V. Artamonov, “Models of representations for classical series of Lie algebras”, Izv. Math., 88:5 (2024), 815–855