Это место надо потщательней почитать. Может быть, у них буковка меняет смысл. Или, скажем, в начале можно считать, что
![$\vec{n}=(0,0,1)^\mathrm{T},$ $\vec{n}=(0,0,1)^\mathrm{T},$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/8/c/3/8c3a3f44e5e9095b9edbf2c594a0833182.png)
а потом - что это некий фон, хотя и не вакуум, и над ним дальше рассматривают возмущения.
Во-первых, я сверху слегка ошибся -- потерял мнимую единицу перед
![$\vec{\chi}$ $\vec{\chi}$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/b/0/e/b0eb5c4a24bcb01b0d9dd05fcec5e4f982.png)
, то есть параметризация на самом деле имеет вид:
![$$\psi = (v_p + h) e^{i \theta} (\vec{n} + i\vec{\chi}), \quad \vec{n}^2 = 1, \ \vec{n} \bot \vec{\chi}.$$ $$\psi = (v_p + h) e^{i \theta} (\vec{n} + i\vec{\chi}), \quad \vec{n}^2 = 1, \ \vec{n} \bot \vec{\chi}.$$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/7/1/57108470ce4b3f35f13782ac54eba02682.png)
Во-вторых, я ещё раз перечитал этот кусок и пока что по-прежнему не вижу, где затерялся вакуум
![$(0,0,1)^{T}$ $(0,0,1)^{T}$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/9/d/b/9db53d64a44a84e1d724c2c33df235c282.png)
, поскольку и
![$\vec{n}$ $\vec{n}$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/7/f/e/7fed34574cb50c4f1515902c1c1d9f3682.png)
, и
![$\vec{\chi}$ $\vec{\chi}$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/b/0/e/b0eb5c4a24bcb01b0d9dd05fcec5e4f982.png)
у них являются динамическими полями. По сути, можно сверится даже с их ответом, поскольку после подстановки этой параметризации они интегрируют по
![$h$ $h$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/2/a/d/2ad9d098b937e46f9f58968551adac5782.png)
и
![$\vec{\chi}$ $\vec{\chi}$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/b/0/e/b0eb5c4a24bcb01b0d9dd05fcec5e4f982.png)
, получая некоторый эффективный лагранжиан. Постараюсь провести эти выкладки сам в ближайшем будущем, как время чуть побольше будет. Наконец, надо отметить, что с точки зрения числа степеней свободы вроде всё чисто: изначально было
![$3 \times 2$ $3 \times 2$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/2/a/d2a207b1ddb2c07906d819cec40e6c4982.png)
штук, в параметризации же по одной от
![$h$ $h$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/2/a/d/2ad9d098b937e46f9f58968551adac5782.png)
и
![$\theta$ $\theta$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/2/7/e/27e556cf3caa0673ac49a8f0de3c73ca82.png)
, по три от
![$h$ $h$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/2/a/d/2ad9d098b937e46f9f58968551adac5782.png)
и
![$\vec{\chi}$ $\vec{\chi}$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/b/0/e/b0eb5c4a24bcb01b0d9dd05fcec5e4f982.png)
, минус две из-за наличия двух связей, то есть тоже
![$6$ $6$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/2/7/327c36301dc71617dc7032f8ce30b23682.png)
. В этом смысле вопрос только в том, куда потерялся вакуум.
Про ферромагнетизм я просто не в курсе
![Sad :-(](./images/smilies/icon_sad.gif)
Подождите твердотельщиков.
Это просто другое нарушенное состояние для того же лагранжиана:
![$\psi^{(0)} = \frac{v_f}{\sqrt{2}}(1,i,0)^T$ $\psi^{(0)} = \frac{v_f}{\sqrt{2}}(1,i,0)^T$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/c/e/4/ce4c127300b28fa7c64a857c6191e5ec82.png)
. В этом случае они предлагают использовать
![$$\psi = (v_f + h) \frac{e^{i \theta}}{\sqrt{2} (1 + z^{*}z)}
\begin{pmatrix}
1 - z^2 \\
i(1 + z^2) \\
2 z
\end{pmatrix},$$ $$\psi = (v_f + h) \frac{e^{i \theta}}{\sqrt{2} (1 + z^{*}z)}
\begin{pmatrix}
1 - z^2 \\
i(1 + z^2) \\
2 z
\end{pmatrix},$$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/0/d/b/0db87a8d035e8c84a924d78a9a54797282.png)
где
![$z$ $z$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/9/3/f93ce33e511096ed626b4719d50f17d282.png)
-- комплексное поле. Здесь уже вакуум отчётливо виден, но при этом меня несколько настораживает, что число степеней свободы "проседает": их в этой параметризации всего
![$4$ $4$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/e/c/f/ecf4fe2774fd9244b4fd56f7e76dc88282.png)
.
Честно говоря, не очень понимаю даже, чем одна параметризация лучше или хуже другой. Надо следить за особыми точками, и всё. Ну и линеаризациями заниматься аккуратно.
Насколько я могу понять, здесь всё из-за отсутствия Лоренц-инвариантности. Из-за этого "наивная" теорема Голдстоуна перестаёт работать. Число голдстоуновских мод уже не есть
![$n(G) - n(H)$ $n(G) - n(H)$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/4/5/c/45c1bfc3b7e411c5b02376a2803972e982.png)
, как обычно, а может быть и меньше. Поэтому, видимо, и стандартная параметризация не работает так, как надо, так что приходится прибегать к каким-то геометрическим рассуждениям. В общем, в статье авторы как раз всё это тщательно и исследуют.
Из второй статьи вы привели хорошую цитату, которая мне понятна (и я бы, может, взялся её пересказать). Может, вы достаточно большую "геометрическую" цитату приведёте из первой статьи, с которой начали тему?
Там в конце есть параграф
Underlying geometry, который я и привожу ниже:
Цитата:
Having demonstrated our theorem (см. ниже) at work in very different examples, we now study the underlying geometry. Usually, canonically conjugate pairs in mechanics (such as type B NGBs) imply a
symplectic structure mathematically, which requires an even-dimensional manifold
![$M$ $M$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/9/fb97d38bcc19230b0acd442e17db879c82.png)
, and if closed, a nontrivial second de Rham cohomology
![$H^2(M) \neq 0$ $H^2(M) \neq 0$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/7/1/9/7197eb93241c44b2ceb55daa323d102982.png)
. However, we have seen in the last two examples that type A and type B NGBs can coexist on an odd-dimensional
![$M$ $M$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/b/9/fb97d38bcc19230b0acd442e17db879c82.png)
with
![$H^2(M)=0$ $H^2(M)=0$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/4/a/34ad212a5c4c4029a64c60bf91e1bcff82.png)
. This puzzle can be solved as follows.
The time integral of the first term in
![$$\mathcal{L}_\mathrm{eff} &=& c_a(\pi)\dot{\pi}^a
+\frac{1}{2}\bar{g}_{ab}(\pi)\dot{\pi}^a\dot{\pi}^b
-\frac{1}{2}g_{ab}(\pi)\partial_r\pi^a\partial_r\pi^b \nonumber \\
& & +O(\partial_t^3,\partial_t\partial_r^2,\partial_r^4)$$ $$\mathcal{L}_\mathrm{eff} &=& c_a(\pi)\dot{\pi}^a
+\frac{1}{2}\bar{g}_{ab}(\pi)\dot{\pi}^a\dot{\pi}^b
-\frac{1}{2}g_{ab}(\pi)\partial_r\pi^a\partial_r\pi^b \nonumber \\
& & +O(\partial_t^3,\partial_t\partial_r^2,\partial_r^4)$$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/c/1/8/c18ebc6a02885aaa7f2dd458c06bb51482.png)
defines a one-form
![$c= c_a d \pi^a$ $c= c_a d \pi^a$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/c/3/6/c366b3a6f1b1fa0203171d69190c495d82.png)
on the coset space, and its exterior derivative gives a closed two-form
![$\sigma=dc$ $\sigma=dc$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/9/f/39f3a96c4d67500c2b150f79bc74400082.png)
. Using the coordinates in
![$\sigma =\sum_{\alpha=1}^m\lambda_\alpha \tilde{\pi}^{2\alpha}\wedge d\tilde{\pi}^{2\alpha-1}$ $\sigma =\sum_{\alpha=1}^m\lambda_\alpha \tilde{\pi}^{2\alpha}\wedge d\tilde{\pi}^{2\alpha-1}$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/3/a/d3abe3362f320b7a67288c3b02c6c66c82.png)
for
![$m$ $m$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/0/e/5/0e51a2dede42189d77627c4d742822c382.png)
type B NGBs, which resembles a symplectic two-form. However, type A NGB fields for the remaining
![$n_{\mathrm{BG}}-2m$ $n_{\mathrm{BG}}-2m$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/e/7/1/e71cb8b6f36cd54be4d06222f0f37b6e82.png)
broken generators do not have terms with first order in time derivatives, and hence do not take part in
![$\sigma$ $\sigma$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/8/c/d/8cda31ed38c6d59d14ebefa44009957282.png)
. Therefore,
![$\sigma$ $\sigma$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/8/c/d/8cda31ed38c6d59d14ebefa44009957282.png)
has a constant rank but is degenerate, and hence is not a symplectic structure in the usual sense.
This kind of a partially symplectic (or
presymplectic) structure is possible on a coset space by considering the following fiber bundle,
![$F\hookrightarrow G/H\stackrel{\pi}{\rightarrow}B$ $F\hookrightarrow G/H\stackrel{\pi}{\rightarrow}B$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/b/f/6/bf618ef4c25b8d2046b2bffd97637e9a82.png)
, where the base space
![$B = G/(H\times F)$ $B = G/(H\times F)$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/9/e/39e4c152ee6c211527825ab72eab10c582.png)
is symplectic. The fiber
![$F$ $F$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/b/8/b/b8bc815b5e9d5177af01fd4d3d3c2f1082.png)
is a subgroup of
![$G$ $G$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/2/0/5201385589993766eea584cd3aa6fa1382.png)
that commutes with
![$H$ $H$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/7/b/9/7b9a0316a2fcd7f01cfd556eedf72e9682.png)
. The symplectic structure
![$\omega$ $\omega$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/a/e/4/ae4fb5973f393577570881fc24fc205482.png)
on
![$B$ $B$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/6/1/e/61e84f854bc6258d4108d08d4c4a085282.png)
is pulled back to
![$G/H$ $G/H$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/4/3/d/43dad05a82ae540dd174f7658940b73482.png)
as
![$\sigma=\pi^{*} \omega$ $\sigma=\pi^{*} \omega$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/0/f/6/0f673e069889bf491c1eb6711e7aca0b82.png)
. Since
![$d\omega=0$ $d\omega=0$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/6/5/a/65a336efdce8a6c85635aa0e6c9e4a4982.png)
on
![$B$ $B$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/6/1/e/61e84f854bc6258d4108d08d4c4a085282.png)
implies
![$d\sigma = 0$ $d\sigma = 0$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/4/a/2/4a26bf8035f6741ce18a129c771775bc82.png)
on
![$G/H$ $G/H$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/4/3/d/43dad05a82ae540dd174f7658940b73482.png)
, we can always find a one-form
![$c$ $c$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/e/1/3e18a4a28fdee1744e5e3f79d13b9ff682.png)
such that
![$dc = \sigma$ $dc = \sigma$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/6/a/f/6afba628ca0f3120b0a1243c76d933a782.png)
locally on
![$G/H$ $G/H$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/4/3/d/43dad05a82ae540dd174f7658940b73482.png)
, which appears in
![$\mathcal{L}_{\mathrm{eff}}$ $\mathcal{L}_{\mathrm{eff}}$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/b/2/6/b264ae3cf89de5bab1b479e16efbccf082.png)
. Type B NGBs live on the symplectic base manifold
![$B$ $B$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/6/1/e/61e84f854bc6258d4108d08d4c4a085282.png)
, whose coordinates form canonically conjugate pairs, while the type A NGBs live on the fiber
![$F$ $F$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/b/8/b/b8bc815b5e9d5177af01fd4d3d3c2f1082.png)
, each coordinate representing an independent NGB. The type A and type B NGBs can coexist on
![$G/H$ $G/H$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/4/3/d/43dad05a82ae540dd174f7658940b73482.png)
in this fashion.
The Heisenberg ferromagnetic model has the coset space
![$S^2 = {\mathbb C}{\mathrm P}^1$ $S^2 = {\mathbb C}{\mathrm P}^1$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/d/8/b/d8b7694056eb782a91cf7fc2d5578b9d82.png)
which is Kähler and hence symplectic, with one type B NGB. On the other hand, the spinor BEC example in its ferromagnetic state has
![$G/H={\mathbb R}{\mathrm P}^3$ $G/H={\mathbb R}{\mathrm P}^3$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/0/4/2/042ea8af591fbafb31c53ac181ffb4eb82.png)
which is not symplectic. The last term in
![$$\mathcal{L}_{\mathrm{eff}} = \hbar v^2_f i \frac{z^* \dot{z} - \dot{z}^* z}{1+z^{*} z} + \frac{\hbar^2}{\lambda} \left( \dot{\theta} -i \frac{z^{*} \dot{z} - \dot{z}^{*} z}{1 + z^{*} z}\right)^2 - \frac{\hbar^2 v^2_f}{2m} \left[ \left(\partial_r \theta -i \frac{z^{*} \partial_r{z}-\partial_r{z}^{*} z}{1+z^* z}\right)^2 + \frac{2\partial_r z^* \partial_r z}{(1+z^* z)^2}\right]$$ $$\mathcal{L}_{\mathrm{eff}} = \hbar v^2_f i \frac{z^* \dot{z} - \dot{z}^* z}{1+z^{*} z} + \frac{\hbar^2}{\lambda} \left( \dot{\theta} -i \frac{z^{*} \dot{z} - \dot{z}^{*} z}{1 + z^{*} z}\right)^2 - \frac{\hbar^2 v^2_f}{2m} \left[ \left(\partial_r \theta -i \frac{z^{*} \partial_r{z}-\partial_r{z}^{*} z}{1+z^* z}\right)^2 + \frac{2\partial_r z^* \partial_r z}{(1+z^* z)^2}\right]$$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/9/e/a/9ea5f935bc24e42cd7be43e6c1c046ff82.png)
is nothing but the Fubini--Study metric on
![$S^2 = \mathbb{C}\mathrm{P}^{1}$ $S^2 = \mathbb{C}\mathrm{P}^{1}$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/5/d/35d32d8bb7fc888f45227b64c19048eb82.png)
which is Kähler and hence symplectic. The first term in
![$L_{\mathrm{eff}}$ $L_{\mathrm{eff}}$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/1/7/31736e5b6605312e3165e36169de0f4482.png)
defines the one-form
![$c$ $c$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/e/1/3e18a4a28fdee1744e5e3f79d13b9ff682.png)
whose exterior derivative
![${\mathrm d}c$ ${\mathrm d}c$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/1/9/519a91f8083c0fddfe4c35ff4b4f5ba982.png)
gives precisely the Kähler form associated with the metric up to normalization. However
![$\theta$ $\theta$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/2/7/e/27e556cf3caa0673ac49a8f0de3c73ca82.png)
is an orthogonal direction with no connection to the symplectic structure. We can define the projection
![$\pi:{\mathbb R}{\mathrm P}^3 \rightarrow S^2$ $\pi:{\mathbb R}{\mathrm P}^3 \rightarrow S^2$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/0/b/0/0b0e2b0de1b3d1a0f6be29a881f1ad0682.png)
simply by eliminating the
![$\theta$ $\theta$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/2/7/e/27e556cf3caa0673ac49a8f0de3c73ca82.png)
coordinate. It shows the structure of a fiber bundle
![$\mathrm{U}(1) \hookrightarrow {\mathbb R}{\mathrm P}^3 \stackrel{\pi}{\rightarrow} \mathbb{C}\mathrm{P}^{1}$ $\mathrm{U}(1) \hookrightarrow {\mathbb R}{\mathrm P}^3 \stackrel{\pi}{\rightarrow} \mathbb{C}\mathrm{P}^{1}$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/0/8/4/084adb46efd932a47674d7fec8b839ed82.png)
, which is the well-known Hopf fibration (the difference between
![$S^3$ $S^3$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/7/7/7/777bb4644d0459b535a59d2cd77d397182.png)
and
![${\mathbb R}{\mathrm P}^3 = S^3/{\mathbb Z}_2$ ${\mathbb R}{\mathrm P}^3 = S^3/{\mathbb Z}_2$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/c/9/c/c9cfc07701f2c64711f0347fff09154582.png)
is not essential here). The phonons in the magnetic field also show a partially symplectic structure.
In fact, it is always possible to find such a symplectic manifold
![$B$ $B$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/6/1/e/61e84f854bc6258d4108d08d4c4a085282.png)
if
![$G$ $G$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/2/0/5201385589993766eea584cd3aa6fa1382.png)
is compact and semisimple, thanks to Borel's theorem. Generalizations to non-semi-simple groups would be an interesting future direction in mathematics.
Теорема писал(а):
Пусть
![$n_{\mathrm{NGB}}$ $n_{\mathrm{NGB}}$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/8/f/e/8fef3cdf227e084e102de7e173c0816f82.png)
-- число намбу-голдстоуновских бозонов, а
![$n_{\mathrm{BG}}$ $n_{\mathrm{BG}}$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/6/8/9/689717fcaca96436ffd69418794a7d3182.png)
-- число сломанных генераторов. Тогда
![$$n_{\mathrm{BG}} - n_{\mathrm{NGB}} = \frac{1}{2} \operatorname{rank} \rho,$$ $$n_{\mathrm{BG}} - n_{\mathrm{NGB}} = \frac{1}{2} \operatorname{rank} \rho,$$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/2/7/327f22d364e743e76e262e77fe5228b882.png)
где
![$$\rho_{ij} \equiv \lim_{\Sigma \to \infty} \frac{-i}{\Omega} \langle 0 | [Q_i,Q_j] | 0 \rangle.$$ $$\rho_{ij} \equiv \lim_{\Sigma \to \infty} \frac{-i}{\Omega} \langle 0 | [Q_i,Q_j] | 0 \rangle.$$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/4/b/0/4b011f2c238bc07c1174eead7c0c977b82.png)
Здесь
![$Q_i$ $Q_i$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/4/4/54465267d9a837416d06c52a2251e86582.png)
-- генераторы (полной) симметрии, а
![$\Omega$ $\Omega$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/9/4/3/9432d83304c1eb0dcb05f092d30a767f82.png)
-- пространственный объём системы.
Контекст я постарался восполнить, насколько смог, но всё же может быть проблемным восприятие. Подробности можно найти в статье. Та, что из оригинального сообщения в теме, к слову, всего
![$5$ $5$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/9/6/1/9612eecfec9dadf1a81d296bd247377782.png)
страниц (в PRL была опубликована) и доступна в arXiv. Вторая статья -- гораздо более объёмная (
![$35$ $35$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/b/d/6/bd669e320acfb81a7fe41de6e6523c0882.png)
страниц где-то), но там, как понимаю, тонкости теоремы и геометрических построений рассказаны в деталях.