Sección A: La conexión de las transformaciones de complejo3 × 3
tensores antisimétricos y su complejo representativo3
-vectores.
Dejartu
ser una transformación unitaria especial enStu( 3 )
representado por el3 × 3
matriz compleja
tu=⎡⎣⎢tu11tu21tu31tu12tu22tu32tu13tu23tu33⎤⎦⎥(A-01)
Desde
tutu∗= yo
tenemos
tu∗=tu− 1
, entonces
tu∗=(tu¯¯¯¯)T=tuT¯¯¯¯¯¯¯⎡⎣⎢tu¯¯¯11tu¯¯¯12tu¯¯¯13tu¯¯¯21tu¯¯¯22tu¯¯¯23tu¯¯¯31tu¯¯¯32tu¯¯¯33⎤⎦⎥=tu− 1(A-02)
dónde
tu¯¯¯
= el complejo conjugado de
tu
y
tuT
la matriz transpuesta de
tu
. Por
det ( U) = 1
tenemos
tu− 1=⎡⎣⎢(tu22tu33−tu23tu32)(tu23tu31−tu21tu33)(tu21tu32−tu22tu31)(tu13tu32−tu12tu33)(tu11tu33−tu13tu31)(tu12tu31−tu11tu32)(tu12tu23−tu13tu22)(tu13tu21−tu11tu23)(tu11tu22−tu12tu21)⎤⎦⎥(A-03)
tu− 1=⎡⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢+∣∣∣tu22tu32tu23tu33∣∣∣−∣∣∣tu21tu31tu23tu33∣∣∣+∣∣∣tu21tu31tu22tu32∣∣∣−∣∣∣tu12tu32tu13tu33∣∣∣+∣∣∣tu11tu31tu13tu33∣∣∣−∣∣∣tu11tu31tu12tu32∣∣∣+∣∣∣tu12tu22tu13tu23∣∣∣−∣∣∣tu11tu21tu13tu23∣∣∣+∣∣∣tu11tu21tu12tu22∣∣∣⎤⎦⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥(A-03′)
Por las ecuaciones (A-02) y (A-03) el complejo conjugado de los elementostu
se expresan en términos de los elementos mismos
⎡⎣⎢tu¯¯¯11tu¯¯¯12tu¯¯¯13tu¯¯¯21tu¯¯¯22tu¯¯¯23tu¯¯¯31tu¯¯¯32tu¯¯¯33⎤⎦⎥=⎡⎣⎢(tu22tu33−tu23tu32)(tu23tu31−tu21tu33)(tu21tu32−tu22tu31)(tu32tu13−tu33tu12)(tu33tu11−tu31tu13)(tu31tu12−tu32tu11)(tu12tu23−tu13tu22)(tu13tu21−tu11tu23)(tu11tu22−tu12tu21)⎤⎦⎥(A-04)
eso es
tu¯¯¯11=tu22tu33−tu23tu32
,
tu¯¯¯21=tu32tu13−tu33tu12
... etc.
Ahora dejaω = (ω1,ω2,ω3)
un complejo3
-vector enC3
yΩ
la matriz antisimétrica que representa la operaciónω ×
Ω =⎡⎣⎢0ω3−ω2−ω30ω1ω2−ω10⎤⎦⎥= ω ×(A-05)
Suponer que
ω
se transforma en
ω′
bajo una transformación unitaria especial
tu∈ Stu( 3 )
ω′= tuω(A-06)
y
Ω′
la matriz antisimétrica que representa la operación
ω′×
Ω′=⎡⎣⎢0ω′3−ω′2−ω′30ω′1ω′2−ω′10⎤⎦⎥=ω′×(A-07)
Determinaremos ahora la relación entre las matrices antisimétricas
Ω′
y
Ω
. Para cualquier
z ∈C3
Ω′z =ω′× z = Uω × z = Uω × Utu∗z = [det ( U) ⋅(tu− 1)T] ( ω ×tu∗z )(A-08)
Para la última igualdad a la derecha en (A-08) hacemos uso de la identidad
METRO un × METRO segundo = [det ( METRO ) ⋅(METRO− 1)T] ( un × segundo )(B-02)
expuesto y probado en el apartado B.
Desdedet (U) = 1
ytu− 1=tu∗
[ det ( U) ⋅(tu− 1)T] ( ω ×tu∗z )= [(tu∗)T( ω × )tu∗] z = [(tu∗)TΩtu∗] z = [tu¯¯¯¯Ω(tu¯¯¯¯)T] z
así que finalmente
ω′=tuω⟹Ω′=(tu∗)TΩtu∗=tu¯¯¯¯Ω(tu¯¯¯¯)T(A-09)
Desde
tu¯¯¯¯
es también una transformación unitaria especial,
tu¯¯¯¯∈Stu( 3 )
, reemplazando
tu
por
tu¯¯¯¯
en la ecuación anterior (A-09) tenemos
ω′=tu¯¯¯¯ω⟹Ω′= tuΩtuT(A-10)
Note que las dos ecuaciones en (A-10) son equivalentes en el siguiente sentido: Si
Ω
es un
3 × 3
matriz antisimétrica, por lo que representa el producto
ω ×
dónde
ω∈ _C3
, y
Ω′= tuΩtuT
,dónde
tu∈ Stu( 3 )
, entonces
Ω′
también es un
3 × 3
matriz antisimétrica
Prueba : (Ω′)T=( túΩtuT)T=(tuT)TΩTtuT= tu( -Ω ) _tuT= − tuΩtuT= −Ω′
y representa el producto
ω′×
, dónde
ω′=tu¯¯¯¯ω
.
Ω′= tuΩtuT⟺ω′=tu¯¯¯¯ω(A-10′)
Esto se confirma también equiparando por elementos en la ecuación
⎡⎣⎢0ω′3−ω′2−ω′30ω′1ω′2−ω′10⎤⎦⎥=⎡⎣⎢tu11tu21tu31tu12tu22tu32tu13tu23tu33⎤⎦⎥⎡⎣⎢0ω3−ω2−ω30ω1ω2−ω10⎤⎦⎥⎡⎣⎢tu11tu12tu13tu21tu22tu23tu31tu32tu33⎤⎦⎥
flexible
⎡⎣⎢ω′1ω′2ω′3⎤⎦⎥=⎡⎣⎢(tu22tu33−tu23tu32)(tu32tu13−tu33tu12(tu12tu23−tu13tu22(tu23tu31−tu21tu33)(tu33tu11−tu31tu13)(tu13tu21−tu11tu23)(tu21tu32−tu22tu31)(tu31tu12−tu32tu11)(tu11tu22−tu12tu21)⎤⎦⎥⎡⎣⎢ω1ω2ω3⎤⎦⎥
y así por (A-04)
ω′=tu¯¯¯¯ω(A-11)
Nota: Este resultado tiene que ver con un primer paso para la construcción de bariones a partir de 3 quarks
3 ⊗ 3 = 6 ⊕3¯¯¯(A-12)
La invariancia de ( el complejo3 × 3
antisimetría del tensor ) bajotu∈ Stu( 3 )
es la invariancia del complejo3
-espacio dimensional de su representante3
-vectoresω
, que se transforman bajo tu¯¯¯¯
y no debajo tu
. Esto explica por qué3¯¯¯
y no3
.
Situ=tu¯¯¯¯= METRO
, eso estu
es real, entonces representa una rotación pura enR3
,METROT=METRO− 1
y (A-10′
) rendimientos
Ω′= METROΩ _METRO− 1⟺ω′= METRO ω(A-13)
Sección B : Una identidad útil necesaria en la sección A
Siun = (a1,a2,a3) ,segundo = (b1,b2,b3)
son complejos3
-vectores enC3
yMETRO
una transformación lineal invertible en este espacio representado por el3 × 3
matriz compleja
METRO =⎡⎣⎢METRO11METRO21METRO31METRO12METRO22METRO32METRO13METRO23METRO33⎤⎦⎥=⎡⎣⎢ρ1ρ2ρ3⎤⎦⎥(B-01)
dónde
ρi( yo = 1 , 2 , 3 )
denote su complejo de filas
3
-vectores, entonces
METRO un × METRO segundo = [det ( METRO ) ⋅(METRO− 1)T] ( un × segundo )(B-02)
dónde
det ( M ) = el determinante de M =ρ1∘ (ρ2×ρ3)(B-03)
(METRO− 1)T= el inverso transpuesto deMETRO =1det ( M )⎡⎣⎢(ρ2×ρ3)(ρ3×ρ1)(ρ1×ρ2)⎤⎦⎥(B-04)
La expresion
un ∘ segundo
es definido por
un ∘ segundo =a1b1+a2b2+a3b3(B-05)
no debe confundirse con el producto interior habitual en
C3
⟨ un , segundo ⟩ =a1b¯¯¯1+a2b¯¯¯2+a3b¯¯¯3(B-06)
Prueba: Deja
h = METRO un × METRO segundo
Si
{mi1,mi2,mi3}
es una base ortonormal de
C3
entonces uno puede escribir formalmente, para cualquier vector de dos filas
ρ × σ =∣∣∣∣mi1ρ1σ1mi2ρ2σ2mi3ρ3σ3∣∣∣∣
("formalmente" porque un determinante es número, aquí el
mii
son vectores). Por eso
h =∣∣∣∣∣mi1(METRO11a1+METRO12a2+METRO13a3)(METRO11b1+METRO12b2+METRO13b3)mi2(METRO21a1+METRO22a2+METRO23a3)(METRO21b1+METRO22b2+METRO23b3)mi3(METRO31a1+METRO32a2+METRO33a3)(METRO31b1+METRO32b2+METRO33b3)∣∣∣∣∣
o en forma más compacta
h =∣∣∣∣∣mi1(ρ1∘ un )(ρ1∘ segundo )mi2(ρ2∘ un )(ρ2∘ segundo )mi3(ρ3∘ un )(ρ3∘ segundo )∣∣∣∣∣
entonces
h1===(ρ2∘ un ) (ρ3∘ segundo ) − (ρ2∘ segundo ) (ρ3∘ un )ρ2∘[ (ρ3∘ segundo ) un − (ρ3∘ a ) b ]ρ3× ( un × segundo )=ρ2∘ [ρ3× ( un × segundo ) ](ρ2×ρ3) ∘ ( un × segundo )
eso es
h1= (ρ2×ρ3) ∘ ( un × segundo )
y por permutación cíclica de los índices 1,2,3 tenemos para las otras dos componentes
h2= (ρ3×ρ1) ∘ ( un × segundo )
h3= (ρ1×ρ2) ∘ ( un × segundo )
y finalmente
h = METRO un × METRO segundo =⎡⎣⎢(ρ2×ρ3)(ρ3×ρ1)(ρ1×ρ2)⎤⎦⎥( un × segundo ) = [det ( METRO ) ⋅(METRO− 1)T] ( un × segundo )
Tenga en cuenta que para
METRO
una matriz ortonormal real
METROMETROT= yo⟹METRO− 1=METROT y det ( M ) = ± 1
y la ecuación (B-02) da como se esperaba
( METRO un × METRO segundo ) = ± METRO ( un × segundo )
El signo '+' es válido para
METRO
siendo una rotación pura mientras que el signo '-' es válido para
METRO
una rotación más una reflexión.
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