Аннотация:
Разработана техника, основанная на буст-автоморфизме, с помощью которой можно найти новые интегрируемые решеточные модели с различными размерностями локальных гильбертовых пространств. Сначала этот метод применяется к двумерным моделям, и с его помощью получается решение задачи классификации, которое не только дает известное пространство решений вершинных моделей, но и распространяется на новый деформированный $\mathfrak{sl}_2$-сектор. Представлено обобщение подхода для струнных интегрируемых фонов, позволяющее найти новые интегрируемые деформации и соответствующие $R$-матрицы. Оказывается, что новые интегрируемые решения имеют неразностную или псевдоразностную форму и допускают $S$-матрицы для пространств $AdS_2$ и $AdS_3$ как частные случаи (вложения), которые также включают в себя отображение $R$-матрицы дважды деформированной сигма-модели. Выведены соответствующие сплетающие и сопряженные операторы для новых моделей. Также продемонстрировано, как применяется полученный аналог условия свободных фермионов для $AdS$-деформаций.
Интегрируемая спиновая цепочка задается соответствующим гамильтонианом $H$, который является одной из сохраняющихся величин во взаимно коммутирующей иерархии сохраняющихся зарядов
данной интегрируемой системы. Действие каждого заряда охватывает некоторое подмножество узлов спиновой цепочки (диапазон взаимодействия), при этом каждому узлу соответствует локальное квантовое пространство $\mathfrak{H}\simeq\mathbb{C}^{2s+1}$. Следуя этому предположению, мы получаем конфигурационное пространство $s$-спиновой цепочки, взяв $L$-кратное тензорное произведение локальных квантовых пространств, что приводит к пространству Фока
В настоящей работе будем рассматривать однородные1[x]1Для классов интегрируемых спиновых цепочек все локальные квантовые пространства считаются изоморфными. периодические интегрируемые спиновые цепочки со взаимодействием смежных узлов. Можно рассмотреть распространение псевдочастиц (магнонов) в спиновой цепочке. Некоторые наблюдаемые таких систем определяются через сохраняющиеся заряды. В этом контексте аналогом оператора импульса (сдвига) является $\mathbb{Q}_1\equiv P$, а заряд для двух узлов в модели взаимодействия смежных узлов соответствует гамильтониану $\mathbb{Q}_2\equiv H$. С другой стороны, квантовую интегрируемость системы также можно определить через соответствующий квантовый оператор – $R$-матрицу, которая удовлетворяет квантовому уравнению Янга–Бакстера (ЯБ) [1], [2]
где последнее соотношение в (1.5) влечет регулярность $R$-матрицы. Для некоторых классов интегрируемых систем существует способ упростить зависимость $R$-матрицы от спектральных параметров: можно считать, что она зависит от разности (или суммы) параметров,
На основе приведенного выше формализма удобно исследовать существование новых интегрируемых моделей с конкретными свойствами и решать эти модели с помощью различных методов [1], [3]–[6]. При этом становится возможным решить задачу классификации для заданной размерности $D$ (возможно, с дополнительными ограничениями, контролирующими свойства исследуемого интегрируемого класса [7], [8]). С точки зрения квантового уравнения ЯБ в двух последних задачах используется ограниченный анзац для $R$-матрицы, порождающий алгебраическую систему кубических уравнений, которую можно полностью решить только для отдельных классов моделей2[x]2Большинство из них относятся к двумерным моделям или требуют существенно ограниченного анзаца для $R$ и/или дополнительных ограничений..
С другой стороны, используя интегрируемую иерархию, можно искать новые интегрируемые структуры. Более конкретно, можно применить разложение системы, которое следует из коммутативной иерархии интегрируемых зарядов. Это означает, что, вместо того чтобы рассматривать только $R$-матрицу и квантовое уравнение ЯБ, мы можем анализировать интегрируемые заряды, обладающие и отображением с гамильтонианом $\mathcal H$, и отображением с $R$-матрицей базовой модели. Как будет показано ниже, такой подход является единственным способом изучения секторов интегрируемости струны [9]–[12]. В этом контексте можно ввести общий анзац для $\mathcal H$ в подходящем представлении соответствующей алгебры симметрий [7]. Изначальный рецепт может быть сформулирован следующим образом:
Как указано выше, в случае решеточных систем и спиновых цепочек величину $\mathcal Q_{ij}$ можно интерпретировать как второй заряд или гамильтониан системы. Параллельно локальные заряды можно определить через логарифмическую производную $R$-монодромии:
Таким образом, коммутативность зарядов $\mathbb{Q}_r$ порождает коммутативную интегрируемую иерархию. Отсюда можно заметить, что при наличии коммутативной иерархии (1.10) и надлежащем выборе базиса генераторов алгебры симметрий получается алгебраическая система относительно коэффициентов (1.7). В то же время крайне важно иметь рецепт построения высших зарядов в интегрируемой иерархии.
Рассматривая мастер-симметрии, можно показать, что башня сохраняющихся зарядов $\mathbb{Q}_r$, $r=2,3,\ldots,n$, получается рекуррентно с использованием буст-оператора $\mathcal B[\mathbb{Q}_2]$ [13]–[15] (см. рис. 1),
где $\mathcal U$ – оператор сдвига. Первый момент $\mathcal B[\mathcal Q_2]$ этой иерархии порождает всю иерархию, что напоминает лоренцевский буст для пространственных и временны́х трансляций [13] двумерной алгебры Пуанкаре [16], [17].
Строго говоря, буст-оператор $\mathcal B[\,{\cdot}\,]$ определен корректно на спиновых цепочках бесконечной длины, что противоречит нашей замкнутой спиновой системе. Однако порожденные оператором $\mathcal B$ сохраняющиеся заряды и их коммутаторы представляют собой операторы конечного ранга, которые для достаточно больших замкнутых спиновых цепочек допускают согласованную реализацию автоморфно индуцированных зарядов (см. приложение А). Еще одно важное замечание заключается в том, что в данной формулировке не учитываются ранги зарядов, превышающие длину спиновой цепочки, что привело бы к обертывающим взаимодействиям и потребовало бы асимптотического разрешения (аналогичные проблемы решаются с помощью термодинамического анзаца Бете [18]). В этом отношении буст-автоморфизм (1.11) обеспечивает последовательную генерацию высших зарядов в случае интегрируемых спиновых цепочек с периодическими граничными условиями.
Коммутатор (1.10), вообще говоря, дает $(3^{r+s-1}-1)/2$ полиномиальных уравнений степени $r+s-2$ [14], [19]. Важно отметить, что существование первого коммутатора во всех изученных случаях оказалось достаточным для полного разложения гамильтониана. Однако аналитическое (рекуррентное) доказательство достаточности условия $[\mathbb{Q}_2,\mathbb{Q}_3]=0$ по-прежнему требует изучения [20].
1.3. $R$-матричная обратная конструкция
Следующим важным шагом является построение $R$-матрицы для каждого ассоциированного порождающего гамильтониана $\mathcal H$ (класса), для этого нужно сначала рассмотреть разложение $R$-матрицы
$$
\begin{equation}
R=P+P\mathcal H u+\sum_{n\geqslant 2}R^{(n)}u^n,
\end{equation}
\tag{1.13}
$$
где $P$ – оператор перестановки. Если подставить $R$-матричный анзац в уравнение ЯБ, то потенциально можно рекуррентно решить уравнения для коэффициентов разложения, но фактически в ряде случаев нельзя определить правильную последовательность разложения. Вместо этого теорема Гамильтона–Кэли для (1.1) в двух измерениях ($\dim\mathfrak{H}_i=2$) утверждает, что для полного разложения $R$-матрицы достаточно рассмотреть разложение $R$-матрицы (1.13) в случае $R\equiv R( 1\kern-3.5pt 1 ,\mathcal H,\mathcal H^2,\mathcal H^3)$. С помощью этой конструкции можно найти все $\mathbb{C}^2$-интегрируемые $R$-матрицы. Для высших размерностей $\mathbb{C}^n$ и произвольной зависимости от спектральных параметров более сильный обобщенный подход мы представим в разделе 2.
Кроме того, нам потребуется набор интегрируемых преобразований [7], [21], чтобы свести полное пространство решений к набору генераторов, которые представляют все различные интегрируемые классы. К необходимым и достаточным интегрируемым симметриям преобразований относятся следующие:
1.4. Деформированные $\mathfrak{sl}_2$-модели как кандидаты на роль квантовой алгебры
В качестве быстрой проверки предложенной техники можно рассмотреть модели с двумерным локальным пространством $\mathbb{C}^2$ и общим анзацем для $\mathcal H$. Оказывается, что они не только показывают полное согласие с набором интегрируемых моделей, найденных из разложения квантового уравнения ЯБ в двумерном случае [22] (т. е. класс цепочек Гейзенберга, *-магниты, многовершинные модели и т. д.), но также позволяют найти новые интегрируемые модели с большим количеством параметров в $\mathfrak{sl}_2$-секторе. Некоторые из этих новых классов демонстрируют недиагонализируемость и нильпотентность гамильтониана $\mathcal H$, а другие порождают сохраняющиеся заряды с нетривиальными жордановыми блоками, что приводит к важным результатам и следствиям. Некоторые матрицы $R_X$ из новых сгенерированных классов $X$ включают в себя матрицу
или другие расширенные модели, которые в пределе параметрической редукции содержат как частный случай модель Кулиша–Столина3[x]3Известно однопараметрическое семейство $\mathfrak{sl}_2$-моделей, которое также может быть связано с моделями из работы [23]. Раньше предполагалось, что могут существовать многопараметрические обобщения последних, однако это оказалось неразрешимым с помощью $RTT$-подхода. В наших вычислениях мы доказываем существование таких обобщений и соотношения для них. [24]
Важно найти все основные деформации $\mathcal Y^*[\mathfrak{sl}_2]$ янгиана и связанные с ними квантовые группы. Самостоятельным важным вопросом является когомологическая классификация Белавина–Дринфельда квантовых симметрий новых моделей.
2. Автоморфизм в $A{d}S$-интегрируемости
$AdS/\mathrm{CFT}$-интегрируемость [25], [9] предполагает согласие глобальных симметрий с обеих сторон соответствия, например, $\mathcal N=4$ суперконформная симметрия и изометрии суперпространства $AdS_5\times S^5$ описываются накрывающей супергруппой $\widetilde{PSU}(2,2|4)$. Интегрируемость соответствующей модели мирового листа ($\sigma$-модели) основана на супералгебре Ли $\mathfrak{psu}(2,2|4)$ и ее версиях с нарушением симметрии. В этом случае процесс рассеяния описывается $S$- или $R$-матрицей с произвольной зависимостью от спектрального параметра.
2.1. Автоморфизм в пространстве $AdS$
Чтобы иметь возможность определить новые интегрируемые структуры в струнном интегрируемом секторе пространства $AdS$, нам необходимо разработать метод буст-автоморфизма для сохраняющихся операторов со спектральной зависимостью общего вида [12], которые удовлетворяют неаддитивному уравнению ЯБ (1.2). Такая незаданная зависимость от спектральных параметров является свойством моделей, возникающих при изучении $AdS$-интегрируемости и, в частности, модели спиновой цепочки. На уровне коммутативной иерархии рассуждения сохраняются в аналогичной форме, хотя требуется новая конструкция действия автоморфизма. При этом из коммутирующей башни новых зарядов $\mathbb{Q}_r$ можно получить нетривиальную систему ограничений. Можно доказать, что автоморфизм, представленный в приложении А, в этом случае [21], [12] приводит к соотношению
$$
\begin{equation}
[\mathbb{Q}_{r+1},\mathbb{Q}_2]=[[\mathcal B [\mathbb{Q}_2],\mathbb{Q}_r],\mathbb{Q}_2]+[d_{\theta}\mathbb{Q}_r,\mathbb{Q}_2]=0,
\end{equation}
\tag{2.3}
$$
из которой следует нелинейная система обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка. В этом контексте мы рассмотрим тригонометрический и эллиптический секторы в модели спиновой цепочки в пространстве $AdS$ [9], [10], [26], [27]. В этом случае можно записать соответствующий общий анзац для гамильтониана:
где $h_k$ – функции от спектрального параметра и $\sigma_\pm=(\sigma_x\pm i\sigma_y)/2$.
2.2. Системы типа Сазерленда
Чтобы получить $R$-матрицу приведенным выше способом в предположении, что можно решить нелинейную дифференциальную систему, вытекающую из (2.3), рассмотрим алгебру $RTT$-типа и используем разложение уравнения ЯБ до первого порядка. Тогда можно связать спектральные параметры со спектральными отождествлениями в $R$-матрице, что приводит к системе дифференциальных уравнений для $R$-матриц
которая оказывается достаточной для задания $R_{ij}=R_{ij}(u,v)$ (детали и доказательства см. в [12], [28], [29]). Система уравнений (2.5) отвечает редукции уравнения Сазерленда [30].
Общая схема нашего метода для новых моделей в пространстве $AdS$ показана на рис. 2.
В рамках п. 2.1, основанного на двумерных классах [21], [12], [29] с незаданной спектральной зависимостью, соотношение (2.4) может непротиворечивым образом возникать в пространствах $AdS_2\times S^2\times T^6$ и $AdS_3\times S^3\times\mathcal M^4$ благодаря своей структуре. В случае $AdS$-струны в модели спиновой цепочки мы рассматриваем рассеяние, при котором фермионное число остается неизменным. Важно, что операторы рассеяния в вышеупомянутых струнных фонах можно представить вложением $16\times 16$ соответствующих эллиптических киральных блоков вида (подробности см. в п. Б.1 приложения Б)
где в $\mathcal O$ подразумевается, что оператор рассеяния имеет соответствующую зависимость от параметров, например от $(u,v)$ для $S$- и $R$-матриц. Сохранение спина имеет место при $r_7\equiv 0$, $r_8\equiv 0$, поскольку бозонная пара не создает фермионную, и наоборот.
В этом случае мы обнаружили четыре новые интегрируемые модели, которые имеют полностью или частично не заданную зависимость от спектральных параметров. Разделим их на два интегрируемых класса A и B. Для нашего настоящего анализа важен только класс B, поскольку он приводит к общим деформированным моделям, соответствующим сектору $AdS$ [12], мы будем называть их 6vB и 8vB (соответственно шести- и восьмивершинные). Эти модели выглядят особенно интересными с нескольких точек зрения, например имеют функциональные и параметрические деформационные свободы, удовлетворяют всем условиям интегрируемости, а также физическому свойству свободных фермионов [31], и многим другим.
3.1. Модель 6vB
С дополнительной функциональной параметризацией версия модели 6vB для (3.1) вводится следующим образом:
и $r_7=0$, $r_8=0$, где $h_k$, $\mathfrak{X}$, $\mathfrak{Y}$ – неизвестные спектральные функции. Две последние функции играют роль, напоминающую о степени свободы, присутствующей в наборе интегрируемых преобразований из перечня в конце п. 1.3. Однако здесь $\mathfrak{X}$ и $\mathfrak{Y}$ появляются сами по себе и могут возникать независимо на уровне скручивания, что полезно при анализе вложения $AdS_3$-моделей. Все задействованные преобразования и свободные спектральные функции образуют непротиворечивый интегрируемый набор операций.
3.2. Модель 8vB
В случае, когда допустимы эллиптические деформации, мы находим восьмивершинную модель, согласованным образом возникающую на $AdS$-фоне. Составляющие матрицы $R_{\text{8vB}}(u,v)$ могут быть представлены как
Для полноты дуальности калибровочная теория/гравитация требуются интегрируемые струнные фоны различной размерности, что приводит к разной роли сохраняющейся суперсимметрии и различным свойствам интегрируемой модели. Фактически струнные интегрируемые модели можно рассматривать как модели факторпространств или косетов. В частности, при рассмотрении суперфакторпространств или суперкосетов $AdS_n\times S^n=\widehat G/H$ с суперизометрией $\widehat G$ интегрируемые струнные фоны формируются в соответствии со следующим правилом:
Теперь можно проанализировать, как найденные модели могут возникать в пространстве $AdS$ и какова связь с $AdS_2$- и $AdS_3$-интегрируемостью.
3.4. Пространство $AdS_3$
В случае дуальности $AdS_3/CFT_2$, она задается фоном $AdS_3\times S^3\times\mathcal M^4$, при этом возникают две геометрии, в которых сохраняются 16 зарядов:
где $\alpha $ связано с относительными радиусами сфер. Как отмечалось выше, соответствующая $R$-матрица имеет тригонометрический тип, и мы находим новую шестивершинную модель типа B, чтобы построить походящий гамильтониан для $AdS_3$.
Для $AdS_3\times S^3\times T^4$ [32]–[34] существуют два возможных отображения из шести- и восьмивершинной моделей (см. п. В.1 приложения В). В частности, можно получить пространство $AdS_3$ с помощью непрерывного семейства деформаций: сдвигов спектральных функций при отображении из модели 6vB или однопараметрической эллиптической деформации модели 8vB. В этом случае $AdS_3\times S^3\times S^3\times S^1$ [35] получается из шестивершинной модели типа B (тригонометрической) путем соответствующего параметрического отождествления в пространстве Жуковского, что показано в п. В.2. Как известно$R$- и $S$-матрицы в случае $AdS_3\times S^3\times T^4$ можно построить из матриц для $AdS_3\times S^3\times S^3\times S^1$ в пределе $\alpha\to\{0,1\}$. Для этого в п. В.3 мы также устанавливаем $R$-матричные отображения.
Модель $AdS_2\times S^2\times T^6$ [38] содержит суперкосет $\mathfrak{psu}$, переходящий в суперкосет $\frac{PSU(1,1|2)}{SO(1,1)\times SO(2)}$. Данная модель также обладает $\mathbb{Z}_4$-симметрией, $\mathbb{Z}_4\in\mathfrak{psu}(1,1|2)$, которая индуцирует классическую интегрируемость, но в этой конструкции отсутствует фиксация калибровки для $\kappa$-симметрии. Процесс рассеяния в этом фоне можно задать путем эллиптической деформации $R$-матрицы в спин-цепочечной картине. В данном случае новый тип восьмивершинной модели, допускающий однопараметрическую деформацию, представляет собой деформацию (массивного) $AdS_2\times S^2\times T^6$.
Сплетающие соотношения и кроссинг-условия
Оба вышеуказанных класса согласованы со сплетающей унитарностью
где $R$ и $\mathfrak{B}$ – операторы от $(u,v)$, индекс $\mathcal X$ обозначает киральный сектор, а черта обозначает перестановку спектральных параметров и киральностей (затрагиваются только смешанные секторы).
В то же время оказывается, что кроссинг-условия выполняются как на уровне блоков, так и на уровне полной $R$-матрицы. $R$-матрица шестивершинной деформации $AdS_3$-модели типа B удовлетворяет кроссинг-условию в силу соотношения
Хотя это деформация $AdS_2$-струны, оператор сопряжения отличается от случая изученной ранее базовой модели. В изначальной модели матрица $\mathbb{C}_{AdS_2}$ отображала частицы в античастицы. Для восьмивершинной $AdS_2$-модели мы имеем суперотображение типа бозон${}\longleftrightarrow{}$фермион. Более подробное обсуждение см. в работах [31], [39], [29] и ссылках в них.
3.6. Условие свободных фермионов
Важно отметить, что рассматриваемые классы также удовлетворяют алгебраическому интегрируемому условию вида
Можно заметить, что для $\mathfrak{c}_{\text{B}}\to 0$ фактически условие (3.7) сводится к полиному от свободных фермионов $r_1r_4+r_2r_3=r_5r_6+r_7r_8$ (детали см. в приложении Г).
Было доказано, что свойство свободных фермионов можно реализовать на уровне алгебраического анзаца Бете не только для описанного выше класса B, но и для других $AdS$-фонов. Его применение позволяет значительно сократить вычисления в алгебраическом анзаце Бете и дает возможность в некоторых случаях получить трансфер-матрицы в компактном виде с помощью рекуррентных соотношений (см. приложение Г).
3.7. Безмассовый $AdS_3$-фон
Используем $R$-матрицу для соответствующего сектора и будем работать в осцилляторном формализме, где в качестве аналога спектрального параметра вводится релятивистская переменная $\theta$. Важно отметить, что в ряде случаев (помимо моделей 6vB и 8vB) $\theta=\theta_1-\theta_2$, т. е. спектральная зависимость имеет разностный вид. В то же время все выражения будут справедливы и в нерелятивистском случае. В частности, можно показать, что для $AdS_3$-модели только с RR-потоком4[x]4RR – аббревиатура для Рамона–Рамона и далее NS – аббревиатура для Невё–Шварца., безмассовая $R$-матрица которой описывается вложенным анзацем Бете, трансфер-матрица $t$ приобретает следующий вид:
Здесь псевдовакуум $|\phi\rangle$ представляет собой псевдовакуум первого уровня и не является вакуумом Беренштейна–Mалдасены–Настасе $|Z\rangle$ [40]. При этом в случае смешанного RR-NSNS-потока можно получить следующее выражение:
Случай массивного $AdS_3$ аналогичен безмассовой модели, что особенно отчетливо проявляется в редуцированной форме условия свободных фермионов, которая вытекает из условий на коэффициенты $R$-матрицы:
$$
\begin{equation}
\begin{gathered} \, \mathcal A\mathcal F+\mathcal B\mathcal G=\mathcal C^2,\qquad\mathcal C=\mathcal H, \\ \begin{aligned} \, R_{\text{m}AdS_3}&=\mathcal AE_{11}\otimes E_{11}+\mathcal B E_{11}\otimes E_{22}+\mathcal C E_{21}\otimes E_{12}-{} \\ &\quad-\mathcal F E_{22}\otimes E_{22}+\mathcal G E_{22}\otimes E_{11}-\mathcal H E_{12}\otimes E_{21}, \end{aligned} \end{gathered}
\end{equation}
\tag{3.11}
$$
где $R_{\text{m}AdS_3}$ задается в базисе единичного оператора. Соотношения (3.11) фактически порождают условие свободных фермионов для массивной $AdS_3$-модели. По сравнению с безмассовым случаем различие отражается в различных $\alpha$, которые также можно параметризовать в базисе Жуковского как
Эта параметризация дает конечное нетривиальное значение в пределе Беренштейна–Mалдасены–Настасе (в физической окрестности).
4. Заключение и замечания
Нами разработан метод, позволяющий находить новые интегрируемые модели и их деформации без прямого решения уравнения ЯБ. Чтобы получить результат, необходимо использовать симметрию автоморфизма, с помощью которой строятся сохраняющиеся заряды, и учитывать коммутативность интегрируемой иерархии. Применение интегрируемых преобразований к полученному пространству решений позволяет найти генераторы решений, а соответствующие $R$-матрицы находятся из $\mathcal H$ с помощью обратного подхода. Это приводит к новым интегрируемым моделям или некоторым новым расширениям известных моделей. Метод демонстрирует свою универсальность для периодических или бесконечных открытых систем, описываемых разнообразными алгебрами симметрий [29].
Для анализа $AdS$-интегрируемости мы рассмотрели общий восьмивершинный анзац неразностного вида, а также разработали технику буст-автоморфизма для интегрируемого сектора теории струн, применение которой приводит к нелинейной системе обыкновенных дифференциальных уравнений. Были найдены новые обобщенные модели, которые допускают вложение известных интегрируемых моделей в пространства $AdS_2$, $AdS_3$ [12] и новые конструкции в $AdS_5$ [39], [29]. Такие модели подчиняются всем условиям интегрируемых симметрий для суперструн и допускают дальнейшие ограничения своей структуры, а также позволяют изучить многопараметрические $\sigma$-модели [41], их матрицы рассеяния и квантовые пределы.
Приложение А. Разностные и неразностные конструкции автоморфной буст-симметрии
В этом приложении мы подробно рассматриваем алгебраическую структуру и аналитические свойства буст-автоморфизма на решетке и его реализацию для интегрируемых моделей, операторы рассеяния которых имеют произвольную зависимость от спектральных параметров (в том числе псевдоразностную).
Буст-автоморфизм на решетке
Проведем анализ структуры буст-оператора для решеточных систем и посмотрим, как возникает условие автоморфизма [13], [15]. Известно, что свойство буст-автоморфизма как генератора иерархии основано на интегрируемых мастер-симметриях. Заметим, что полезным является $R\mathcal L\mathcal L$-соотношение по образцу метода квантовой обратной задачи рассеяния [4], [6], которое можно записать в виде
Теперь изучим регулярные точки $R$-матрицы. Для этого можно взять производную по одному из спектральных параметров (в данном случае по $v$, далее положив $v=0$), что после простых алгебраических выкладок дает
c монодромией $T(u)$ и граничными членами, представленными в последней строке (А.9). Это выражение зависит от нашего выбора начального 1 и конечного $L$ узла спиновой цепочки. Рассматривая согласованный бесконечный предел, т. е. раздвигая границы как $-\infty\leftarrow 1$, $L\rightarrow+\infty$, получаем
$({\rm А.10})$
Как и ожидалось, граничные члены исчезают, и остается рекуррентная формула для буст-преобразования:
где $\dot T\equiv d_uT(u)$. Формула (А.12) отвечает аналогу трансфер-матрицы $t(u)$. Заметим, что (А.11) есть не что иное, как дикретная форма5[x]5Важно отметить, что буст для решеточных систем связан с буст-автоморфизмом Дринфельда для $\mathcal Y[\mathfrak{g}]$ [42], [17]. (см. [15]) теоретико-полевой буст-симметрии [13] со стандартной схемой дискретизации $\int x\,dx\mapsto\sum_k k$.
Неразностное обобщение
Можно рассмотреть обобщение буст-симметрии на случай, когда описывающие рассеяние $S$- и $R$-матрицы произвольным образом зависят от спектральных параметров. Для такого обобщения можно реализовать процедуру с шагами, близкими к описанным выше, и получить соответствующее выражение для буста. Более конкретно, напомним связанную дифференциальную структуру (2.5), которая получается с помощью дифференцирования $RTT$-соотношения и квантового уравнения ЯБ:
Можно заметить, что из-за периодичности замкнутой спиновой цепочки возникают граничные члены, которые должны быть коммутативными (граничные множители могут меняться местами, $L+1\mapsto 1$), однако, строго говоря, их отсутствие также гарантировано на бесконечности. Для конечных спиновых цепочек и локальных короткодействующих зарядов непротиворечивый унифицированный буст-автоморфизм записывается в виде
где $\mathbb{Q}_i\equiv\mathbb{Q}_i(v)$. Необходимо учитывать существование особых спектральных точек и разложение. Из автоморфной структуры буста с учетом (А.20) и (А.21) следует, что на каждом уровне рекурсии возникают следующие вклады:
где начальное условие при $r=1$ фиксировано, но (А.22) применимо и в этом случае. Важно отметить, что можно построить аналог дальнодействующего буст-оператора, используя понятие билокальных зарядов [15], которые позволяют генерировать одевающие вклады в операторы (например, оператор дилатации в $\mathcal N=4$ суперсимметричной теории Янга–Миллса [14], [19]) и вычислить деформацию зарядов связанных спиновых цепочек на больших расстояниях, включая гамильтонианы $\mathcal Q_2=\mathcal H$.
Приложение Б. $A{d}S$-интегрируемые структуры и соотношения
Б.1. $AdS$-$R$-матрица
Для сравнения $AdS_n$-структур [9], [27], [44] и наших моделей нам потребуется разложение классов на киральные блоки, приводящее к непротиворечивой структуре. Начнем с регулярной $R$-матрицы, которая является строительным блоком для вложения $16\times 16$:
где по сравнению с (3.1) мы допускаем умножение на произвольный скалярный множитель $\sigma$ —одевание6[x]6Одевающий множитель для блоков в общем случае определяется так, что (соответствующие) блоки и полная $R$-матрица подчиняются условию сплетающей унитарности, соотношениям кроссинг-симметрии и, возможно, другим определенным вспомогательным ограничениям., а $\mathcal X$ указывает соответствующую киральность блока. Мы имеем четыре блока – два в чистом секторе (левый-левый (LL), правый-правый (RR) и два в смешанном (LR, RL). Также должна соблюдаться регулярность чистых блоков, т. е.
где $P$ – это обычно подходящий оператор перестановки размерностей. Можно показать, что для полного вложения $16\times 16$ [44]
все элементы имеют индексацию меткой кирального сектора, вытекающую из киральности соответствующего блока (Б.1). Полная $R$-матрица $16\times 16$ [29] содержит элементы $r_k^{\mathcal X}\equiv r_k^{\mathcal X}(u,v) $ с киральными секторами $\mathcal X\in\{\text{LL},\text{RR},\text{LR},\text{RL}\}$. Эти элементы должны удовлетворять квантовому уравнению ЯБ, и, следовательно, основные комбинации киральных блоков также удовлетворяют уравнениям
где каждое пространство $\mathbb{V}$ натянуто на киральности $\mathrm x_i\in\{\text{L},\text{R}\}$, что приводит к восьми независимым квантовым уравнениям ЯБ для $R_{ij}^{\mathrm x_i\mathrm x_j}$.
На основании вышеизложенного можно получить полную $R$-матрицу (или $S$-матрицу). Для этого необходимо найти все $r_k^{\mathcal X}$, точнее, $r_k^{\mathcal X}$ в смешанных секторах [39]. Чистые блоки будут служить входными данными для полного решения уравнений (Б.3). Отметим, что у нас осталось шесть независимых квантовых уравнений ЯБ, поскольку в случае, когда все киральности олинаковы (все равны $\text{L}$ или $\text{R}$) исходные уравнения ЯБ автоматически удовлетворяются. Тем самым естественно рассмотреть киральные комбинации $\mathrm x_1=\mathrm x_2=\text{L}$, $\mathrm x_3=\text{R}$ и аналогичные с перестановкой $\text{L}\leftrightarrow\text{R}$ и решать соответствующие уравнения ЯБ для $r_k^{\text{LR}}$ и $r_k^{\text{RL}}$ соответственно.
Оставшиеся уравнения ЯБ используются для нахождения некоторых функций от одного параметра. После этого мы можем собрать полную $R$-матрицу из соответствующих матриц $r_k^{\mathcal X}$ и выполнить проверку квантового уравнения ЯБ.
Б.2. Эллиптические функции и их свойства
В этом пункте мы даем краткое описание аппарата эллиптических функций Якоби, их структуры и свойств, которые используются при анализе деформаций шести- и восьмивершинных $AdS_2$-, $AdS_3$-моделей. Эллиптические функции Якоби также требуются для новых деформаций, получающихся из решения дифференциальных систем, и для доказательства свойства свободных фермионов и других условий в теории струн.
Эллиптические интегралы
Двупериодическая мероморфная функция называется эллиптической функцией. Эллиптический интеграл – это любой интеграл вида
где $A$, $B$, $C$, $D$ – полиномы от $x$, а $S$ – полином от $x$ третьей или четвертой степени. Эллиптические интегралы можно рассматривать как обобщение обратных тригонометрических функций.
Эллиптический интеграл первого рода можно ввести как неполный эллиптический интеграл Лежандра
где $k$ – эллиптический модуль. При $\phi=\pi/2$ эллиптический интеграл Лежандра называется полным. Аналогично эллиптический интеграл первого рода вводится как
при этом $K(k)=K'(k')=K'(1-k)$ и $K,K'\in\mathbb{R}$. Функции $K$ и $iK'$ называются вещественным и мнимым периодами.
Эллиптические функции Якоби в $pq$-обозначениях
Отождествим вершины прямоугольника $0$, $K$, $K+iK'$ и $iK'$ на комплексной плоскости c соответственно s, c, d, n (диаграмма Аргана). Соответствующие сдвиги внутри прямоугольника на $\alpha K$ и $i\beta K'$ (при $\alpha,\beta\lessgtr 0$) приводят к
$$
\begin{equation}
\begin{array}{c|c|c|c} \mathrm s & \mathrm c & \mathrm s & \mathrm c\\ \hline \mathrm n & \mathrm d & \mathrm n & \mathrm d\\ \hline \mathrm s & \mathrm c & \mathrm s & \mathrm c\\ \hline \mathrm n & \mathrm d & \mathrm n & \mathrm d \end{array}\;\;,
\end{equation}
\tag{Б.8}
$$
где любые различные $p,q\in\{\mathrm s,\mathrm c,\mathrm d,\mathrm n\}$ определяют эллиптическую функцию Якоби $pq(u)$, обладающую следующими свойствами:
где $p,q,r\in\{\mathrm s,\mathrm c,\mathrm d,\mathrm n\}$ (для совпадающих букв функции тождественно равны единице). Имеем следующие свойства квадратов функций:
Приложение В. Струнный сектор $A{d}S_3\times S^3\times\mathcal M^4$
В этом разделе мы явно показываем, как задаются $AdS_3\times S^3\times T^4$ [44], [32], [34] и $AdS_3\times S^3\times S^3\times S^1$ [35], чтобы провести сравнительный анализ, совместный с деформациями моделей 6vB и 8vB. В первом случае мы приводим $S$-матрицы к $R$-матрицам так, что явно выполняются все квантовые условия (ниже $\gamma(p)$ соответствует $\eta(p)$ из [44], [32]–[35]).
В.1. Случай $AdS_3\times S^3\times T^4$
Используя $S$- и $R$-матрицы из работ [34], [44], получаем, что блоки имеют вид
где $\chi$ индексирует киральные секторы, $\chi\in\{\text{LL},\text{RR},\text{LR},\text{RL}\}$. Представим все четыре блока, из которых собирается полная $R$-матрица. Чистые блоки (LL, RR) имеют вид
Важно отметить, что эти результаты отличаются от формул, представленных в работах [34], [44]. В частности, чтобы приведенные выше блоки полностью лежали в пространстве Жуковского, необходимо отождествление
где $p+\omega$ переходит в $\bar{p}$ из [35]. Формулы для сектора R получаются заменой $L\leftrightarrow R$.
В.3. Случай $AdS_3\times S^3\times S^3\times S^1\mapsto AdS_3\times S^3\times T^4$
Можно показать, что с помощью набора условий и отображений $R$-матрица в случае $AdS_3\times S^3\times T^4$ получается из $R$-матрицы для $AdS_3\times S^3\times S^3\times S^1$. Сначала необходимо переопределить переменные в пространстве Жуковского как
Приложение Г. Свойства свободных фермионов: рекуррентные соотношения для $A{d}S_3$-$T$-матрицы
Приведем рекуррентные формулы для трансфер-матрицы $t_N$ цепочки из $N$ узлов. В этих формулах не используется вспомогательная система уравнений Бете. Можно заметить, что матрица $R_{AdS_3}$ с RR-потоком имеет специальный вид:
здесь обозначениями $\eta_{0,i}$ и $\eta_{0,i}^{\unicode{8224}}$ подчеркнуто, что неоднородности присутствуют в узлах $0$ и $i$. Можно заметить, что при этом возникает нетривиальная структура $R$-матрицы. Для матрицы $t_N$ имеем
где $|0_{0}\rangle$ означает состояние $|\phi\rangle$ во вспомогательном пространстве с номером $0$. Очевидно, что для нахождения матрицы (Г.2) нам требуется найти
и выражаются через блок-молекулы $\Gamma_{ij}=\psi^\unicode{8224}_i\xi_{ij}$ для данного $m$. Однако можно также записать универсальное выражение. После переопределения операторов и алгебры индексов система уравнений (Г.6) разрешается, и мы приходим к следующим уравнениям:
которые имеют такую же, как выше, структуру с дополнительными операторами с обеих сторон. Действуя по аналогии, можно найти замкнутую систему рекуррентных уравнений для операторов $L_m$ и $Z_m$:
Рекуррентные соотношения в терминах блок-молекул применимы и для общего $m$.
Фактически мы получили эффективный замкнутый способ генерации $t_N$. Очевидно, что эти комбинации операторов все равно необходимо упорядочить в некое компактное выражение типа разложения для (Г.2), что априори не очевидно. Уже при малых значениях $N$ операторная структура развивается нетривиально. Так, например, в случае $N=2$ имеем
и не существует универсального способа задать ее в терминах комбинаций $X$-операторов, начав с (Г.12). Такая структура требует либо определенной схемы группировки разложения, либо более эффективного рекуррентного аналитического решения для $t_N$.
Благодарности
Я хотел бы поблагодарить Мариуса де Леу, Сергея Фролова, Алессандро Торриелли, Аркадия Цейтлина и Андрея Зотова за обсуждения.
Конфликт интересов
Автор заявляет, что у него нет конфликта интересов.
Список литературы
1.
C.-N. Yang, C. P. Yang, “Thermodynamics of a one-dimensional system of bosons with repulsive delta function interaction”, J. Math. Phys., 10:7 (1969), 1115–1122
2.
R. J. Baxter, “Partition function of the eight-vertex lattice model”, Ann. Physics, 70:1 (1972), 193–228; M. Jimbo, “Introduction to the Yang–Baxter equation”, Internat. J. Modern Phys. A, 4:15 (1989), 3759–3777; M. Jimbo (ed.), Yang–Baxter Equation in Integrable Systems, Advanced Series in Mathematical Physics, 10, World Sci., Singapore, 1989
3.
H. Bethe, “Zur Theorie der Metalle. I. Eigenwerte und Eigenfunktionen der linearen Atomkette”, Z. Physik, 71:3–4 (1931), 205–226
4.
Е. К. Склянин, Л. А. Тахтаджян, Л. Д. Фаддеев, “Квантовый метод обратной задачи. I”, ТМФ, 40:2 (1979), 194–220
5.
R. J. Baxter, “Hard hexagons: exact solution”, J. Phys. A: Math. Gen., 13:3 (1980), L61–L70
6.
Е. К. Склянин, “Квантовый вариант метода обратной задачи рассеяния”, Дифференциальная геометрия, группы Ли и механика. III, Зап. научн. сем. ЛОМИ, 95, Изд-во “Наука”, Ленинград. отд., Л., 1980, 55–128; L. D. Faddeev, “How the algebraic Bethe ansatz works for integrable models”, Symmétries quantiques [Quantum Symmetries], Proceedings of the Les Houches summer school, Session LXIV (Les Houches, France, August 1 – September 8, 1995), eds. A. Connes, K. Gawedzki, J. Zinn-Justin, North-Holland, Amsterdam, 1998, 149–219
7.
M. de Leeuw, A. Pribytok, P. Ryan, “Classifying integrable spin-$1/2$ chains with nearest neighbour interactions”, J. Phys. A: Math. Theor., 52:50, 505201, 17 pp., arXiv: 1904.12005
8.
M. de Leeuw, A. Pribytok, A. L. Retore, P. Ryan, “New integrable 1D models of superconductivity”, J. Phys. A: Math. Theor., 53:38 (2020), 385201, 30 pp., arXiv: 1911.01439
9.
N. Beisert, “The $\mathfrak{su}(2|2)$ dynamic S-matrix”, Adv. Theor. Math. Phys., 12:5 (2008), 945–979, arXiv: hep-th/0511082
10.
N. Beisert, P. Koroteev, “Quantum deformations of the one-dimensional Hubbard model”, J. Phys. A: Math. Theor., 41:25 (2008), 255204, 47 pp., arXiv: 0802.0777
11.
G. Arutyunov, S. Frolov, “Foundations of the $AdS_5\times S^5$ superstring: I”, J. Phys. A: Math. Theor., 42:5 (2009), 254003, 121 pp., arXiv: 0901.4937
12.
M. de Leeuw, A. Pribytok, P. Ryan, “Classifying integrable spin-$1/2$ chains with nearest neighbour interactions”, J. Phys. A: Math. Theor., 52:50 (2019), 505201, 17 pp., arXiv: 1904.12005
13.
М. Г. Тетельман, “Группа Лоренца для двумерных интегрируемых решетчатых систем”, ЖЭТФ, 82:2 (1982), 528–535
14.
T. Bargheer, N. Beisert, F. Loebbert, “Boosting nearest-neighbour to long-range integrable spin chains”, J. Stat. Mech., 2008:11 (2008), L11001, 9 pp., arXiv: 0807.5081
15.
F. Loebbert, “Lectures on Yangian symmetry”, J. Phys. A: Math. Theor., 49:32 (2016), 323002, 74 pp.
16.
В. Г. Дринфельд, “Квантовые группы”, Дифференциальная геометрия, группы Ли и механика. VIII, Зап. научн. сем. ЛОМИ, 155, Изд-во “Наука”, Ленинград. отд., Л., 18–49
17.
В. Г. Дринфельд, “Новая реализация янгианов и квантованных аффинных алгебр”, Докл. АН СССР, 296:1 (1987), 13–17
18.
M. Lüscher, “Volume dependence of the energy spectrum in massive quantum field theories. II. Scattering states”, Commun. Math. Phys., 105:2 (1986), 153–188; R. A. Janik, T. Lukowski, “Wrapping interactions at strong coupling: The giant magnon”, Phys. Rev. D, 76:12 (2007), 126008, 14 pp., arXiv: 0708.2208; Z. Bajnok, R. A. Janik, “Four-loop perturbative Konishi from strings and finite size effects for multiparticle states”, Nucl. Phys. B, 807:3 (2009), 625–650, arXiv: 0807.0399
19.
T. Bargheer, N. Beisert, F. Loebbert, “Long-range deformations for integrable spin chains”, J. Phys. A: Math. Theor., 42:28 (2009), 285205, 58 pp., arXiv: 0902.0956
20.
M. P. Grabowski, P. Mathieu, “Integrability test for spin chains”, J. Phys. A: Math. Gen., 28:17 (1995), 4777–4798
21.
M. de Leeuw, C. Paletta, A. Pribytok, A. L. Retore, P. Ryan, “Yang–Baxter and the Boost: splitting the difference”, SciPostPhys., 11:3 (2021), 069, 36 pp., arXiv: 2010.11231
22.
R. S. Vieira, “Solving and classifying the solutions of the Yang–Baxter equation through a differential approach. Two-state systems”, JHEP, 10 (2018), 110, 48 pp., arXiv: 1712.02341
23.
F. C. Alcaraz, M. Droz, M. Henkel, V. Rittenberg, “Reactin-diffusion processes, critical dynamics, and quantum chains”, Ann. Phys., 230:2 (1994), 250–302
24.
A. A. Stolin, P. P. Kulish, “New rational solutions of Yang–Baxter equation and deformed Yangians”, Czechoslovak J. Phys., 47:1 (1997), 123–129
25.
J. M. Maldacena, “The large-$N$ limit of superconformal field theories and supergravity”, Internat. J. Theor. Phys., 38:4 (1999), 1113–1133, arXiv: hep-th/9711200; E. Witten, “Anti de Sitter space and holography”, Adv. Theor. Math. Phys., 2:2 (1998), 253–291, arXiv: hep-th/9802150; I. R. Klebanov, J. M. Maldacena, “Superconformal gauge theories and noncritical superstrings”, Internat. J. Modern Phys. A, 19:29 (2004), 5003–5015, arXiv: hep-th/0409133; J. A. Minahan, K. Zarembo, “The Bethe ansatz for $\mathcal N=4$ super Yang–Mills”, JHEP, 03 (2003), 013, 29 pp., arXiv: hep-th/0212208
26.
N. Beisert, W. Galleas, T. Matsumoto, “A quantum affine algebra for the deformed Hubbard chain”, J. Phys. A: Math. Theor., 45 (2012), 365206, 20 pp., arXiv: 1102.5700
27.
N. Beisert, C. Ahn, L. F. Alday et al., “Review of AdS/CFT integrability: An overview”, Lett. Math. Phys., 99:1–3 (2012), 3–32, arXiv: 1012.3982
28.
A. Pribytok, “Automorphic symmetries and $AdS_n$ integrable deformations”, Lie Theory and Its Applications in Physics (Sofia, Bulgaria, June 2021), Springer Proceedings in Mathematics and Statistics, 396, ed. V. Dobrev, Springer, Singapore, 2021, 351–358, arXiv: 2112.10843
29.
A. Pribytok, Automorphic symmetries, string integrable structures and deformations, arXiv: 2210.16348
30.
B. Sutherlend, “Two-dimensional hydrogen bonded crystals without the ice rule”, J. Math. Phys., 11:11 (1970), 3183–3186; “Model for a multicomponent quantum system”, Phys. Rev. B, 12:9 (1975), 3795–3805; K. Sogo, M. Uchinami, Y. Akutsu, M. Wadati, “Classification of exactly solvable two-component models”, Progr. Theoret. Phys., 68:2 (1982), 508–526
31.
M. de Leeuw, C. Paletta, A. Pribytok, A. L. Retore, A. Torrielli, “Free fermions, vertex Hamiltonians, and lower-dimensional AdS/CFT”, JHEP, 02 (2021), 191, 61 pp., arXiv: 2011.08217
32.
R. Borsato, O. Ohlsson Sax, A. Sfondrini, B. Stefański, Jr., A. Torrielli, “The all-loop integrable spin-chain for strings on $\mathrm{AdS}_3\times S^3\times T^4$: the massive sector”, JHEP, 08 (2013), 043, 42 pp., arXiv: 1303.5995
33.
R. Borsato, O. Ohlsson Sax, A. Sfondrini, B. Stefanski, Jr., “Towards the all-loop worldsheet $S$ matrix for $\mathrm{AdS}_3\times S^3\times T^4$”, Phys. Rev. Lett., 113:13 (2014), 131601, 5 pp., arXiv: 1403.4543
34.
R. Borsato, O. Ohlsson Sax, A. Sfondrini, B. Stefanski, Jr., “The complete $\mathrm{AdS}_3\times\mathrm S^3\times\mathrm T^4$ worldsheet S matrix”, JHEP, 10 (2014), 066, 73 pp., arXiv: 1406.0453
35.
R. Borsato, O. Ohlsson Sax, A. Sfondrini, B. Stefański, Jr., “The $\mathrm{AdS}_3\times\mathrm{S}^3\times\mathrm{S}^3\times\mathrm{S}^1$ worldsheet $S$ matrix”, J. Phys. A: Math. Theor., 48:41 (2015), 415401, 41 pp., arXiv: 1506.00218
36.
B. Hoare, “Towards a two-parameter $q$-deformation of $\mathrm{AdS}_3\times S^3\times M^4$ superstrings”, Nucl. Phys. B, 891 (2015), 259–295, arXiv: 1411.1266
37.
R. R. Metsaev, A. A. Tseytlin, “Type IIB superstring action in $\mathrm{AdS}_5\times S^5$ background”, Nucl. Phys. B, 533:1–3 (1998), 109–126, arXiv: hep-th/9805028
38.
B. Hoare, A. Pittelli, A. Torrielli, “$S$-matrix algebra of the $\mathrm{AdS}_2\times S^2$ superstring”, Phys. Rev. D, 93:6 (2016), 066006, 17 pp., arXiv: 1509.07587; A. Fontanella, A. Torrielli, “Massless $AdS_2$ scattering and Bethe ansatz”, JHEP, 09 (2017), 075, 27 pp., arXiv: 1706.02634
39.
M. de Leeuw, A. Pribytok, A. L. Retore, P. Ryan, “Integrable deformations of AdS/CFT”, JHEP, 05 (2022), 012, 32 pp., arXiv: 2109.00017
40.
O. Ohlsson Sax, B. Stefanski Jr., A. Torrielli, “On the massless modes of the $\mathrm{AdS}_3$/CFT$_2$ integrable systems”, JHEP, 03 (2013), 109, 94 pp., arXiv: 1211.1952
41.
S. L. Lukyanov, “The integrable harmonic map problem versus Ricci flow”, Nucl. Phys. B, 865:2 (2012), 308–329, arXiv: 1205.3201
42.
В. Г. Дринфельд, “Алгебры Хопфа и квантовое уравнение Янга–Бакстера”, Докл. АН СССР, 283:5 (1985), 1060–1064
43.
М. Абрамовиц, И. Стиган (ред.), Справочник по специальным функциям с формулами, графиками и математическими таблицами, Наука, М., 1979
44.
A. Sfondrini, “Towards integrability for $\mathrm{AdS}_3/\mathrm{CFT}_2$”, J. Phys. A: Math. Theor., 48:2 (2015), 023001, 145 pp., arXiv: 1406.2971
Образец цитирования:
А. В. Прибыток, “Новая интегрируемость в теории струн, возникающая из автоморфных симметрий”, ТМФ, 217:3 (2023), 585–612; Theoret. and Math. Phys., 217:3 (2023), 1914–1937