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Annekathrin Müller-Lohmann N=2 Supersymmetrie - p. 1/48

N=2 SupersymmetrieSeminar über Seiberg-Witten-Modelle und effektive supersymmetrische Yang-Mills-Theorien

Annekathrin Müller-LohmannUni Bonn

N=2 Supersymmetrischer

Lagrangian für Eichfelder

Lagrangian für Materiefelder

Zentrale Ladungen in der reinen

N=2 Eichtheorie

Zentrale Ladungen in der N=2

Eichtheorie mit Materie

Überblick über die letzten Vorträge

• Riemannsche Flächen (Michael Flohr)

N=2 Eichtheorie

• Riemannsche Flächen (Michael Flohr)• Magnetische Monopole in Eichtheorien

N=2 Eichtheorie

◦ Monopole I (Nils Carqueville)

N=2 Eichtheorie

◦ Monopole I (Nils Carqueville)◦ Monopole II (Magnus Engenhorst)

N=2 Eichtheorie

• Supersymmetrische Eichtheorien

N=2 Eichtheorie

• Supersymmetrische Eichtheorien◦ N = 1 Supersymmetrie (Johannes Meisig)

N=2 Eichtheorie

• Supersymmetrische Eichtheorien◦ N = 1 Supersymmetrie (Johannes Meisig)◦ N = 2 Supersymmetrie kommt heute!

N=2 Eichtheorie

Ein kurzer Überblick

• Supersymmetrische N = 2 Lagrangians

N=2 Eichtheorie

• Supersymmetrische N = 2 Lagrangians◦ Eichfelder

N=2 Eichtheorie

• Supersymmetrische N = 2 Lagrangians◦ Eichfelder◦ Materiefelder

N=2 Eichtheorie

• Zentrale Ladungen in der N = 2 supersymmetrischenEichtheorie

N=2 Eichtheorie

• Zentrale Ladungen in der N = 2 supersymmetrischenEichtheorie◦ ”reine” Eichtheorie

N=2 Eichtheorie

• Zentrale Ladungen in der N = 2 supersymmetrischenEichtheorie◦ ”reine” Eichtheorie◦ mit Materie

N=2 Eichtheorie

• Zentrale Ladungen in der N = 2 supersymmetrischenEichtheorie◦ ”reine” Eichtheorie◦ mit Materie

• Zusammenfassung

N=2 Supersymmetrischer Lagrangian für Eichfelder

•Konstruktion

•Der erweiterte

SuSy-Lagrangian•Bemerkungen

•erweiterte Superraum

Formulierung•Allgemeiner

Eichfeldlagrangian•Kählerpotential

N=2 Eichtheorie

Konstruktion von N = 2 aus N = 1 SuSy

Das on-shell N = 1 skalare Multiplett (φ, ψ) und dasVektormultiplett (Aµ, λ) haben zusammen dieselbeInformation wie das on-shell N = 2 Vektormultiplett(φ, ψ, λ,Aµ):

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

• N = 1

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

• N = 1◦ λ = 1/2: ein Majorana

Spinor und einkomplexer Skalar deschiralen Superfelds Φ:

|1/2〉, |0〉, | − 1/2〉, |0〉 ψ

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

• N = 1◦ λ = 1/2: ein Majorana

Spinor und einkomplexer Skalar deschiralen Superfelds Φ:

|1/2〉, |0〉, | − 1/2〉, |0〉

◦ λ = 1: ein masselosesEichfeld (Vektor) undein Majorana Spinor(gaugino) desVektorsuperfelds V :

|1〉, |1/2〉, | − 1〉, | − 1/2〉

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

• N = 2

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

• N = 2◦ λ = 1: zwei Majorana

Spinoren oder ein DiracSpinor, ein masseloserVektor und einkomplexer Skalar:

|1〉, 2|1/2〉, |0〉,und dieCPT-konjugiertenZustände zu denλ . . . λ−N/2

| − 1〉, 2| − 1/2〉, |0〉

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

Einschränkungen

Der so konstruierter Lagrangian ist aber nichtN = 2-supersymmetrisch. Dazu brauchen wir noch:

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

Einschränkungen

Der so konstruierter Lagrangian ist aber nichtN = 2-supersymmetrisch. Dazu brauchen wir noch:• die Annahme: (φ, ψ, λ,Aµ) sitzen im selben Multiplett.

Dann gehören sie als Eichfeld auch zur selben Darstellung(der adjungierten) und die Generatoren

T aij = −ifa

ij (1)

sind gleich.

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

Einschränkungen

Der so konstruierter Lagrangian ist aber nichtN = 2-supersymmetrisch. Dazu brauchen wir noch:• die Annahme: (φ, ψ, λ,Aµ) sitzen im selben Multiplett.

Dann gehören sie als Eichfeld auch zur selben Darstellung(der adjungierten) und die Generatoren

T aij = −ifa

ij (1)

sind gleich.• die Gleichbehandlung der ψa und λa, da sie genau wie die

beiden SuSy-Generatoren auf der gleichen Basiserscheinen. Damit ist

W = 0, (2)

da es nur zu ψa koppelt. Das setzt auch die Normierungzwischen dem Yang-Mills- und dem Skalaren Teil desLagrangians fest, denn die kinetischen Terme müssengleich normiert sein, also skalieren wir:

Φ → Φ/g (3)

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

Der N = 1 SuSy-Lagrangian

Der N = 1 SuSy-Lagrangian hatte (wie Johannes bereitsgezeigt hat) die Form:

L =18π

�m(τTr

∫d2θWαWα

∫d2θd2θΦ†e−2V Φ

+∫d2θW +

∫d2θ W

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

Der N = 1 SuSy-Lagrangian

Der N = 1 SuSy-Lagrangian hatte (wie Johannes bereitsgezeigt hat) die Form:

L =18π

�m(τTr

∫d2θWαWα

+∫d2θW +

∫d2θ W

Das ist in Komponentenschreibweise:

L = − 14g2

F aµνF

aµν +θ

32π2F a

µνFaµν − i

g2λaσµDµλ

2g2DaDa

+ (∂µφ− iAaµT

aφ)†(∂µφ− iAaµT aφ) − iψσ(∂µψ.iAaµT

−Daφ†T aφ− i√

2φ†T aλaψ + i√

2ψT aφλa + F †i Fi

+∂W∂φi

Fi +∂W∂φ†i

− 12∂W2

∂φi∂φjψiψj − 1

2∂W2

∂φ†i∂φ†j

ψiψj

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

Der erweiterte SuSy-Lagrangian

Mit den vor 2 Folien genannten Bedingungen bekommen wirdaher für den N = 2 Lagrangian (Φ = ΦaT a):

L =18π

�mTr[τ

(∫d2θWαWα + 2

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

L =18π

�mTr[τ

(∫d2θWαWα + 2

Das Skalare Potential wird mit W = 0 zu:

V = − 12g2

Tr([φ†, φ

]2)(7)

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

L =18π

�mTr[τ

(∫d2θWαWα + 2

Das Skalare Potential wird mit W = 0 zu:

V = − 12g2

Tr([φ†, φ

]2)(7)

Was uns nach Elimination der Hilfsfelder F und Da denLagrangian in Komponentenschreibweise gibt:

L =1g2

Tr(−1

4FµνF

µν + g2 θ

32π2FµνF

µν − iλσµDµλ− iψσµDµψ

+ (Dµφ)†(Dµφ) − 12[φ†, φ]2 − i

√2[λ, ψ]φ† − i

√2[λ, ψ]φ

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

Bemerkungen

• Gleichung (6) ist die supersymmetrische Version des YangMills Lagrangians inklusive Higgspotential V und θ-Term.Unser Higgsvakuum ist definiert durch Dµφ = 0 und V = 0.Aus Gleichung (7) sieht man, dass wenn [φ, φ†] = 0, dasHiggspotential für Φ �= 0 verschwindet.Für diese Fälle hat Nils gezeigt, dass wir ein Modellbekommen können, was Monopole, Dyonische Lösungenund massive Eichbosonen enthält.

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

Bemerkungen

• Gleichung (6) ist die supersymmetrische Version des YangMills Lagrangians inklusive Higgspotential V und θ-Term.Unser Higgsvakuum ist definiert durch Dµφ = 0 und V = 0.Aus Gleichung (7) sieht man, dass wenn [φ, φ†] = 0, dasHiggspotential für Φ �= 0 verschwindet.Für diese Fälle hat Nils gezeigt, dass wir ein Modellbekommen können, was Monopole, Dyonische Lösungenund massive Eichbosonen enthält.

• Wenn wir eine Theorie haben möchten, die nur bis zueinem Energiecutoff Λ < MLP gültig sein soll, haben wirkeine massiven on-shell Zustände und wir können dieTheorie durch eine sogenannte Wilsonian low-energyeffective action beschreiben.Diese bekommt man durch Ausintegrieren aller massivenZustände und Integrieren über alle masselosenAnregungen oberhalb des cutoffs.Für N = 2 Supersymmetrie ist diese Prozedur wenigerkompliziert, da die Wirkung stark eingeschränkt wird [1].

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

N = 2 Superraum Formulierung

Naiv gesehen, haben wir den N = 2 Superraum durchAddition von 4 zusätzlichen fermionischen Freiheitsgraden θ

und ¯θ zum N = 1 Superraum bekommen.

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

Daher kann man ein N = 2 Superfeld schreiben als

Ψ(x, θ, θ, θ, ¯θ). (9)

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

Ψ(x, θ, θ, θ, ¯θ). (9)

Dieses Superfeld soll jetzt dieselben Komponenten habenwie ein N = 2 Vektormultiplett, d.h. es muss reell und chiralin den θ und θ sein. Das gibt uns die Bedingungen:

DαΨ = 0 und ¯DαΨ = 0 (10)

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

Ψ(x, θ, θ, θ, ¯θ). (9)

Dieses Superfeld soll jetzt dieselben Komponenten habenwie ein N = 2 Vektormultiplett, d.h. es muss reell und chiralin den θ und θ sein. Das gibt uns die Bedingungen:

DαΨ = 0 und ¯DαΨ = 0 (10)

Angeordnet in Potenzen von θ ergibt das:

Ψ = Ψ(1)(y, θ) +√

2θαΨ(2)α (y, θ) + θαθαΨ(3)(y, θ) (11)

wobei yµ = xµ + iθσµθ + iθσµ ¯θ.

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

Die Komponenten des Eichfelds

Ψ = Ψ(1)(y, θ) +√

2θαΨ(2)α (y, θ) + θαθαΨ(3)(y, θ) (12)

Durch Komponentenvergleich in θ erhält man die einzelnenTerme:

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

Ψ = Ψ(1)(y, θ) +√

2θαΨ(2)α (y, θ) + θαθαΨ(3)(y, θ) (12)

Durch Komponentenvergleich in θ erhält man die einzelnenTerme:• Ψ(1) hat klarerweise dieselbe Form wie das chirale

Superfeld Φ als ”kleinste mögliche Ordnung”

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

Ψ = Ψ(1)(y, θ) +√

2θαΨ(2)α (y, θ) + θαθαΨ(3)(y, θ) (12)

• Ψ(2)α = Wα(y, θ) mit der nicht abelschen Eichfeldstärke

Wα = T a

(−iλa

α + θαDa − i

2(σµσνθ)αF

aµν + θ2σµDµλ

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

Ψ = Ψ(1)(y, θ) +√

2θαΨ(2)α (y, θ) + θαθαΨ(3)(y, θ) (12)

• Ψ(2)α = Wα(y, θ) mit der nicht abelschen Eichfeldstärke

Wα = T a

(−iλa

α + θαDa − i

2(σµσνθ)αF

aµν + θ2σµDµλ

Ψ(3) = Φ†(y − iθσθ, θ, θ) exp[2gV (y − iθσθ, θ, θ)

]∣∣∣θθ

wobei Φ ebenfalls in seine Komponentenfelder φ(x), ψ(x)und F (x) expandiert wird.

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

Der allgemeinste N = 2 Eichfeld-Lagrangian

Mit dem Superfeld Ψ können wir nun den allgemeinstenN = 2 Lagrangian für Eichfelder aufstellen. Für eineallgemeine Funktion F(Ψ) konstruieren wir:

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

L =14π

�mTr∫d2θd2θF(Ψ), (16)

wobei F als N = 2 Präpotential bezeichnet wird.

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

L =14π

wobei F als N = 2 Präpotential bezeichnet wird. Für denFall der N = 2 Yang-Mills Theorie ist F = Ψ2, da die Theorierenormalisierbar sein soll (z.B. geben Terme in der Ordnung> 3 in chiralen Feldern Probleme).

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

L =14π

wobei F als N = 2 Präpotential bezeichnet wird. Für denFall der N = 2 Yang-Mills Theorie ist F = Ψ2, da die Theorierenormalisierbar sein soll (z.B. geben Terme in der Ordnung> 3 in chiralen Feldern Probleme). Man kann zeigen, dassF nur von Ψ und nicht von Ψ† abhängt, demnach ist esholomorph und wir können mit Fa = ∂F/∂Φa schreiben:

L =18π

(∫d2θFab(Φ)W aαW b

α + 2∫d2θd2θ

(Φ†e−2gV

)aFa(Φ)

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

Das Kählerpotential und die Metrik

Die gerade erhaltene Theorie wird mikroskopisch genannt.Sie beschreibt die Vorgänge bei hohen Energien und istbekannterweise asymptotisch frei.Für eine effektive Theorie bei niedrigen Energien, istRenormalisierbarkeit aber keine unbedingte Vorrausetzung,daher kann dort das Präpotential kompliziertere Formenannehmen.

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

Die gerade erhaltene Theorie wird mikroskopisch genannt.Sie beschreibt die Vorgänge bei hohen Energien und istbekannterweise asymptotisch frei.Für eine effektive Theorie bei niedrigen Energien, istRenormalisierbarkeit aber keine unbedingte Vorrausetzung,daher kann dort das Präpotential kompliziertere Formenannehmen.Aus der Gleichung (17) können wir das Kählerpotentialablesen:

K = �m Φ†aFa(Φ) (18)

•Konstruktion

•Der erweiterte

N=2 Eichtheorie

Die gerade erhaltene Theorie wird mikroskopisch genannt.Sie beschreibt die Vorgänge bei hohen Energien und istbekannterweise asymptotisch frei.Für eine effektive Theorie bei niedrigen Energien, istRenormalisierbarkeit aber keine unbedingte Vorrausetzung,daher kann dort das Präpotential kompliziertere Formenannehmen.Aus der Gleichung (17) können wir das Kählerpotentialablesen:

K = �m Φ†aFa(Φ) (18)

Das Kählerpotential wird erzeugt durch eine Metrik

gab = �m∂a∂bF (19)

im Raum der Felder. Mehr dazu steht im Nakahara ([4]),Seite 326 - 336.

N=2 Supersymmetrischer Lagrangian für Materiefelder

•Das Hypermultiplett

•Der massive Lagrangian

•Bemerkungen

•Minimierung skalaren

Potentials•Minimierung des D-Term

N=2 Eichtheorie

Das Hypermultiplett

Materie und Eichfelder transformieren sich unterverschiedenen Darstellungen der Eichgruppe (z.B.fundamentale vs. adjungierte Darstellung), da sieverschiedene Massen besitzen.

•Bemerkungen

N=2 Eichtheorie

Das Hypermultiplett

Materie und Eichfelder transformieren sich unterverschiedenen Darstellungen der Eichgruppe (z.B.fundamentale vs. adjungierte Darstellung), da sieverschiedene Massen besitzen.Das N = 2 Materiesupermultiplett wird Hypermultiplettgenannt und enthält zwei komplexe Skalare und zweiMajoranaspinoren innerhalb einer Darstellung derEichgruppe.

•Bemerkungen

N=2 Eichtheorie

Das Hypermultiplett

Materie und Eichfelder transformieren sich unterverschiedenen Darstellungen der Eichgruppe (z.B.fundamentale vs. adjungierte Darstellung), da sieverschiedene Massen besitzen.Das N = 2 Materiesupermultiplett wird Hypermultiplettgenannt und enthält zwei komplexe Skalare und zweiMajoranaspinoren innerhalb einer Darstellung derEichgruppe.In der N = 1 Notation enthält das Hypermultiplett also einchirales Superfeld Q(q, ψq, Fq) und ein antichirales SuperfeldQ†(q, ψq, Fq).

•Bemerkungen

N=2 Eichtheorie

Das Hypermultiplett

Materie und Eichfelder transformieren sich unterverschiedenen Darstellungen der Eichgruppe (z.B.fundamentale vs. adjungierte Darstellung), da sieverschiedene Massen besitzen.Das N = 2 Materiesupermultiplett wird Hypermultiplettgenannt und enthält zwei komplexe Skalare und zweiMajoranaspinoren innerhalb einer Darstellung derEichgruppe.In der N = 1 Notation enthält das Hypermultiplett also einchirales Superfeld Q(q, ψq, Fq) und ein antichirales SuperfeldQ†(q, ψq, Fq).Johannes hat gezeigt, dass die Massen massiverHypermultipletts in der zentralen Erweiterung derSuSy-Algebra zu finden sind.

•Bemerkungen

N=2 Eichtheorie

Der m �= 0 Lagrangian für Nf Hypermultipletts

Der Lagrangian für Nf Hypermultipletts (i = 1, . . . , Nf ), diemit einem N = 2 Vektormultiplett (also dem Eichfeld)wechselwirken, ist:

L =∫dθ4

ie−2VQi + Qie

2V Q†i

)︸︷︷︸

+∫dθ2

⎛⎜⎝√

2QiΦQi︸︷︷︸(∗∗)

+ miQiQi︸︷︷︸Massenterm

⎞⎟⎠ + h.c.+ LF(Ψ)

•Bemerkungen

N=2 Eichtheorie

Der m �= 0 Lagrangian für Nf Hypermultipletts

Der Lagrangian für Nf Hypermultipletts (i = 1, . . . , Nf ), diemit einem N = 2 Vektormultiplett (also dem Eichfeld)wechselwirken, ist:

L =∫dθ4

ie−2VQi + Qie

2V Q†i

)︸︷︷︸

+∫dθ2

⎛⎜⎝√

2QiΦQi︸︷︷︸(∗∗)

+ miQiQi︸︷︷︸Massenterm

⎞⎟⎠ + h.c.+ LF(Ψ)

Dabei ist (∗) die minimale Kopplung der beiden chiralenSuperfelder des Hypermultipletts zum Yang-MillsEichvektorfeld V und (∗∗) ein weiterer möglicher Term inN = 2 Supersymmetrie.

•Bemerkungen

N=2 Eichtheorie

Bemerkungen

Nach Elimination der Hilfsfelder Fq und Fq ist das skalarePotential mit den Gruppengeneratoren λa in derfundamentalen Darstellung:

DaDa mit Da =

Nf∑i

(q†iλ

aqi − qiλaq†i

•Bemerkungen

N=2 Eichtheorie

Bemerkungen

Nach Elimination der Hilfsfelder Fq und Fq ist das skalarePotential mit den Gruppengeneratoren λa in derfundamentalen Darstellung:

DaDa mit Da =

Nf∑i

(q†iλ

aqi − qiλaq†i

Die N = 2 Superalgebra hat eine globale SU(2)R-Symmetrie, die auch im Lagrangian auftreten sollte. In derN = 1-Notation des Hypermultipletts mit den Qi und Q†

i istsie versteckt, da sich qi und q†i als Doublett transformieren.

•Bemerkungen

N=2 Eichtheorie

Minimierung des skalaren Potentials

Um das Vakuum der Theorie zu finden müssen offensichtlichdie Beiträge des D-Terms und des Massenterms minimalwerden.

•Bemerkungen

N=2 Eichtheorie

Um das Vakuum der Theorie zu finden müssen offensichtlichdie Beiträge des D-Terms und des Massenterms minimalwerden. Betrachtet man das skalare Potential,

DaDa mit Da =

Nf∑i

(q†iλ

aqi − qiλaq†i

ist leicht ersichtlich, dass es für mi �= 0 nur eine einzigeLösung gibt:

qi = qi = 0 ∀i (23)

•Bemerkungen

N=2 Eichtheorie

DaDa mit Da =

Nf∑i

(q†iλ

aqi − qiλaq†i

qi = qi = 0 ∀i (23)

Für mi = 0 kann man den D-Term für einenichtverschwindende Menge von qi, qi minimieren, in demman

Da =Nf∑i

(q†iλ

aqi − qiλaq†i

)= 0 (24)

löst. In diesem Fall hat das Potential ”flache Richtungen”.

•Bemerkungen

N=2 Eichtheorie

DaDa mit Da =

Nf∑i

(q†iλ

aqi − qiλaq†i

qi = qi = 0 ∀i (23)

Für mi = 0 kann man den D-Term für einenichtverschwindende Menge von qi, qi minimieren, in demman

Da =Nf∑i

(q†iλ

aqi − qiλaq†i

)= 0 (24)

löst. In diesem Fall hat das Potential ”flache Richtungen”.Allerdings folgt aus QΦQ, dass φVakuum = a = 0.

•Bemerkungen

N=2 Eichtheorie

Minimierung des D-Terms

Gleichung (24) kann gelöst werden, indem man die q(i)α alsMenge von Nc Vektoren aus CNf betrachtet. Hierbei spieltdas α die Rolle eines Farbindizes der SU(2)R-Symmetrie.

•Bemerkungen

N=2 Eichtheorie

Gleichung (24) kann gelöst werden, indem man die q(i)α alsMenge von Nc Vektoren aus CNf betrachtet. Hierbei spieltdas α die Rolle eines Farbindizes der SU(2)R-Symmetrie.In dieser Schreibweise haben wir ein Skalarprodukt∑

q(i)α q†(i)β = qα • q†β = (qq†)αβ (25)

•Bemerkungen

N=2 Eichtheorie

q(i)α q†(i)β = qα • q†β = (qq†)αβ (25)

(genauso für q). Also können wir den D-Term vereinfachen:

Da = Tr[(qq† − qq†

]= 0 (26)

•Bemerkungen

N=2 Eichtheorie

q(i)α q†(i)β = qα • q†β = (qq†)αβ (25)

(genauso für q). Also können wir den D-Term vereinfachen:

Da = Tr[(qq† − qq†

]= 0 (26)

Da die λa in einer reduziblen Darstellung der SU(Nc) leben(denn sie sind die Generatoren der Fundamentaldarstellung),gilt nach dem Schurschen Lemma

qq† − qq† = c21Nc (27)

die Lösung der Gleichung (24). Hierbei gibt es zwei möglicheFälle: Nf < Nc und Nf ≥ Nc

•Bemerkungen

N=2 Eichtheorie

• Nf < Nc: Die Matrizen qq† und q†q haben Rang Nf unddamit Nc −Nf Nulleigenwerte.

•Bemerkungen

N=2 Eichtheorie

• Nf < Nc: Die Matrizen qq† und q†q haben Rang Nf unddamit Nc −Nf Nulleigenwerte.

Mit Hilfe von SU(Nc) × SU(Nf ) × U(1)R-Rotationen kannman eine Matrix diagonalisieren und nach Gleichung (27) istdie jeweils andere auch diagonal. In der neuen Basis sind qund q dann:

⎛⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎝

v(1)1 0 . . . 0

0 v(2)2

.... . .

v(Nf )Nf

0 0 . . . 0

......

⎞⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎠, q =

⎛⎜⎜⎜⎝

v(1)1 0 . . . 0 . . .

0 v(2)2 0 . . .

.... . .

0 v(Nf )Nf

0 . . .

⎞⎟⎟⎟⎠ .

•Bemerkungen

N=2 Eichtheorie

• Da verschwindende Eigenwerte vorhanden sind, mussc = 0 gelten und damit v(i)

i = v(i)i . Damit ist die Symmetrie

zu SU(Nc −Nf ) gebrochen. Das gilt bis auf den Fall, woNf = Nc − 1, da dann eine totale Symmetriebrechungstattfindet.

•Bemerkungen

N=2 Eichtheorie

• Da verschwindende Eigenwerte vorhanden sind, mussc = 0 gelten und damit v(i)

i = v(i)i . Damit ist die Symmetrie

zu SU(Nc −Nf ) gebrochen. Das gilt bis auf den Fall, woNf = Nc − 1, da dann eine totale Symmetriebrechungstattfindet.

• 2NfNc −N2f Quarksuperfelder werden massiv und die

verbleibenden N2f Quarkfelder bleiben masselos, wie

bereits aus Quantenfeldtheorien mit Higgsfeldern undGoldstonebosonen bekannt.

•Bemerkungen

N=2 Eichtheorie

• Nf ≥ Nc: Die Matrizen qq† und q†q haben Rang Nc alsoi.A. keine Nulleigenwerte und wir erhalten:

•Bemerkungen

N=2 Eichtheorie

⎛⎜⎜⎜⎝

v(1)1 0 . . . 0 . . .

0 v(2)2 0 . . .

.... . .

0 v(Nf )Nf

0 . . .

⎞⎟⎟⎟⎠ , q =

⎛⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎝

v(1)1 0 . . . 0

0 v(2)2

.... . .

v(Nf )Nf

0 0 . . . 0

......

⎞⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎠.

•Bemerkungen

N=2 Eichtheorie

⎛⎜⎜⎜⎝

v(1)1 0 . . . 0 . . .

0 v(2)2 0 . . .

.... . .

0 v(Nf )Nf

0 . . .

⎞⎟⎟⎟⎠ , q =

⎛⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎝

v(1)1 0 . . . 0

0 v(2)2

.... . .

v(Nf )Nf

0 0 . . . 0

......

⎞⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎠.

(29)Da jetzt ja allgemein c �= 0 erhalten wir

v(i)i =

√|v(i)

i |2 − c2 (30)

Damit ist die N = 2 Supersymmetrie komplett gebrochen; dieStruktur ist abhängig von den Werten der v(i)

i . Für Nf > Nhaben wir verbleibende R-Symmetrien.

Zentrale Ladungen in der reinen N=2 Eichtheorie

N=2 Eichtheorie

•Zentrale Ladungen und

Superströme•Beispiel

•Erweiterter SuSyStrom

•Berechnung der zentralen

Ladungen•Die zentralen Ladungen

•Bemerkungen

Zentrale Ladungen und Superströme

Johannes hat gezeigt, dass in einer N = 2 Susyalgebra mitzentralen Ladungen eine Grenze für die Teilchenmassenexistiert:

M ≥√

2|Z|, (31)

die dieselbe Grenze ist, wie die der BPS-Massen aus denelektrischen und magnetischen Ladungen aus Nils’ Vortrag.

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

M ≥√

2|Z|, (31)

die dieselbe Grenze ist, wie die der BPS-Massen aus denelektrischen und magnetischen Ladungen aus Nils’ Vortrag.Algebraisch gesehen, sind die zentralen Ladungen dasErgebnis der Kommutatoren der Superladungen QI

α, diewiederum räumliche Integrale der 0-Komponenten derSuperströme SIµ

α sind.

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

M ≥√

2|Z|, (31)

die dieselbe Grenze ist, wie die der BPS-Massen aus denelektrischen und magnetischen Ladungen aus Nils’ Vortrag.Algebraisch gesehen, sind die zentralen Ladungen dasErgebnis der Kommutatoren der Superladungen QI

α, diewiederum räumliche Integrale der 0-Komponenten derSuperströme SIµ

α sind.Diese Integrale verschwinden aber genau dann nicht, wenndie Feldkonfiguration elektrische und magnetische Ladungenenthält.

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

Beispiel an der N = 1 Supersymmetrie

Der Lagrangian in N = 1 SuSy für chirale Superfelder istgegeben durch:

L =∫d4θΦ†Φ +

∫d2θW(Φ) +

∫d2θW(Φ†) (32)

Φ = φ(y) +√

2θψ(y) + θθF(y) mit yµ = xµ + iθσµθ (33)

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

L =∫d4θΦ†Φ +

∫d2θW(Φ) +

∫d2θW(Φ†) (32)

Φ = φ(y) +√

In dieser Basis sind die Supergeneratoren

Qα = ∂/∂θα und Qα = −∂/∂θα + 2i(θσµ)α∂/∂yµ (34)

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

L =∫d4θΦ†Φ +

∫d2θW(Φ) +

∫d2θW(Φ†) (32)

Φ = φ(y) +√

In dieser Basis sind die Supergeneratoren

Qα = ∂/∂θα und Qα = −∂/∂θα + 2i(θσµ)α∂/∂yµ (34)

Die SuSy-Variationen δε = εαQα + εαQα der Felder werden

damit zu:

δφ =√

2εψ δφ =√

2εψ (35)

δψ =√

2εF + i√

2σµε∂µφ δψ =√

2εF − i√

2σµε∂µφ (36)

δF = i√

2εσµ∂µψ δF = i√

2εσµ∂µψ (37)

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

Mit Hilfe dieser Variationen können wir die einzelnen Termevon ∂L berechnen.

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

Mit Hilfe dieser Variationen können wir die einzelnen Termevon ∂L berechnen. Ein Term stammt aus demSuperpotential

W(Φi) = W(φi) +∂W∂φi

√2θψi + θθ

(∂W∂φi

Fi − 12∂2W∂φi∂φj

ψiψj

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

Mit Hilfe dieser Variationen können wir die einzelnen Termevon ∂L berechnen. Ein Term stammt aus demSuperpotential

W(Φi) = W(φi) +∂W∂φi

√2θψi + θθ

(∂W∂φi

Fi − 12∂2W∂φi∂φj

ψiψj

Damit ist die Variation den Superfelds (wobei Terme mit ψ3

natürlich verschwinden):

δW = δ

(W ′F − 1

2W ′′ψψ

= W ′′δφF + W ′δF − 12W ′′′δφψψ + W ′′ψδψ

= W ′′√2εψF + i√

2W ′εσµ∂µψ +√

2W ′′ψ(iσµε∂µφ+ εF )

= ∂µ

2∂W∂φ

εσµψ

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

Die Variation des Superpotentialteils im Lagrangian ist dann:

(∫d2θW +

∫d2θW

√2∂µ

(∂W∂φj

εσµψj − ∂W∂φj

ψj σµε

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

(∫d2θW +

∫d2θW

√2∂µ

(∂W∂φj

ψj σµε

Als nächstes brauchen wir die Variation der kinetischenTerme:

LD =∫d4θΦ†Φ =

∫d4θ ∂µφ

†∂µφ+F †F− i

2ψσµ∂µψ+

2∂µψσ

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

(∫d2θW +

∫d2θW

√2∂µ

(∂W∂φj

ψj σµε

Als nächstes brauchen wir die Variation der kinetischenTerme:

LD =∫d4θΦ†Φ =

∫d4θ ∂µφ

†∂µφ+F †F− i

2ψσµ∂µψ+

2∂µψσ

(41)Nach einer langen Rechnung kommt man auf

δLD = − i√2∂µ(Fψσµε) +

i√2∂µ(εψ∂µφ† − εσνµψδνφ

+i√2∂µ(F †εσµψ) +

i√2∂µ(εψ∂µφ− ψσµν εδνφ)

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

Mit Hilfe der Definitionen

2σµν = σµσν − σν σµ und 2σµν = σµσν − σνσµ (42)

und der Definition des Noetherstroms bekommt man denMaterieanteil des Superstroms:

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

Mit Hilfe der Definitionen

2σµν = σµσν − σν σµ und 2σµν = σµσν − σνσµ (42)

und der Definition des Noetherstroms bekommt man denMaterieanteil des Superstroms:

SρMaterie =

√2εσν σρψ∂νφ

† + i√

2W∂φ†

ψσρε

2ψσρσν ε∂νφ− i√

2∂W∂φ

εσρψ

= εαSρα + εαS

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

Jetzt wird noch der Eichfeldanteil in der Variation benötigt.Dazu betrachten wir den Lagrangian ohne θ-Term:

L =1g2

µνFaµν − i

2λaσµDµλ

2Dµλ

aσµλa +12D2

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

L =1g2

µνFaµν − i

2λaσµDµλ

2Dµλ

aσµλa +12D2

und die Variationen der Felder im Vektormultiplett:

Aaµ = −iεσµλ

a + iλaσµε δDa = εσµDµλa +Dµλ

aσµε

δλa =12σµνεF a

µν + iεDa δλa =12εσµνF a

µν − iεDa

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

L =1g2

µνFaµν − i

2λaσµDµλ

2Dµλ

aσµλa +12D2

und die Variationen der Felder im Vektormultiplett:

Aaµ = −iεσµλ

a + iλaσµε δDa = εσµDµλa +Dµλ

aσµε

δλa =12σµνεF a

µν + iεDa δλa =12εσµνF a

µν − iεDa

In der Anwesenheit von Eichfeldwechselwirkungenverändern sich auch die Variationen derMateriefeldtransformationen:

δφ =√

2εψ δF = i√

2εσµDµψ − 2iT aφελa

δψ =√

2εF + i√

2σµεDµφ δψ =√

2εF † − i√

2σµεDµφ†

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

Damit wird der Eichteil des Superstroms

SρEich = − i

(λσρσµνεF a

µν + εσµν σρλaF aµν

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

SρEich = − i

(λσρσµνεF a

Betrachtet man jetzt allerdings die Kopplung zu Materie, soverändert sich der Superstrom, denn die Terme

Daφ†T aφ und iφ†T aλaψ + h.c. (45)

sollten noch etwas beisteuern, denn wir haben bis jetzt nichtden vollen N = 1 eichkovarianten Lagrangian (5) betrachtet(φ†e−2V φ anstatt φ†φ). Also:

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

SρEich = − i

(λσρσµνεF a

Betrachtet man jetzt allerdings die Kopplung zu Materie, soverändert sich der Superstrom, denn die Terme

Daφ†T aφ und iφ†T aλaψ + h.c. (45)

sollten noch etwas beisteuern, denn wir haben bis jetzt nichtden vollen N = 1 eichkovarianten Lagrangian (5) betrachtet(φ†e−2V φ anstatt φ†φ). Also:

Sρ = − i

(λaσρσµνε+ εσµν σρλa

− (εσρλa + λaσρε

)φ†T aφ

2εσν σρψDνφ† + i

√2W ′ψσρε

2ψσρσν εDνφ− i√

2W ′εσρψ

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

Der Strom für eine reine N = 2 Eichtheorie

Wie schon vorher besprochen, erhalten wir N = 2 SuSy, indem wir W = 0 setzen und Φ → Φ/g skalieren. Außerdem istΦ jetzt ebenfalls ein Vektor in der adjungierten Darstellungder Eichgruppe, also können wir (λ, ψ) = (λ1, λ2) setzen.Außerdem ist die N = 2 Theorie invariant unter derSuSy-Transformation λ→ ψ und ψ → −λ. Damit erhalten wirzusätzlich noch einen assoziierten Superstrom.

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

Wie schon vorher besprochen, erhalten wir N = 2 SuSy, indem wir W = 0 setzen und Φ → Φ/g skalieren. Außerdem istΦ jetzt ebenfalls ein Vektor in der adjungierten Darstellungder Eichgruppe, also können wir (λ, ψ) = (λ1, λ2) setzen.Außerdem ist die N = 2 Theorie invariant unter derSuSy-Transformation λ→ ψ und ψ → −λ. Damit erhalten wirzusätzlich noch einen assoziierten Superstrom.

g2Sρ(1) = − i

1 σρσµνε+ εσµν σρλa

− (εσρλa

1 + λa1 σ

ρε)φ†T aφ

2εσν σρλa2Dνφ

a† +√

2λa2 σ

ρσν εDνφa

und g2Sρ(2) aus λ1 → λ2 und λ2 → −λ1

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

Zur Berechnung der zentralen Ladungen brauchen wir späterdie Kommutatoren der SuSy-Generatoren, die sich wiederumaus den Integralen über unsere Superströmezusammensetzen. Allerdings brauchen wir dafür nurentweder den ε oder den ε-abhängigen Term zu beachten, dakeine Mischterme in den Kommutatoren auftreten. Deswegenwird im Folgenden nur noch der ε-abhängige Teil derSuperströme betrachtet.

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

Zur Berechnung der zentralen Ladungen brauchen wir späterdie Kommutatoren der SuSy-Generatoren, die sich wiederumaus den Integralen über unsere Superströmezusammensetzen. Allerdings brauchen wir dafür nurentweder den ε oder den ε-abhängigen Term zu beachten, dakeine Mischterme in den Kommutatoren auftreten. Deswegenwird im Folgenden nur noch der ε-abhängige Teil derSuperströme betrachtet.Mit Hilfe der Identitäten

σaσbσc = ηabσc − ηac− σb + ηbcσa + iεabcdσd

σaσbσc = ηabσc − ηac− σb + ηbcσa − iεabcdσd

χσµψ = −ψσµχ

kann der Superstrom (ohne ε-Terme) umgeformt werden:

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

Zur Berechnung der zentralen Ladungen brauchen wir späterdie Kommutatoren der SuSy-Generatoren, die sich wiederumaus den Integralen über unsere Superströmezusammensetzen. Allerdings brauchen wir dafür nurentweder den ε oder den ε-abhängigen Term zu beachten, dakeine Mischterme in den Kommutatoren auftreten. Deswegenwird im Folgenden nur noch der ε-abhängige Teil derSuperströme betrachtet.Mit Hilfe der Identitäten

σaσbσc = ηabσc − ηac− σb + ηbcσa + iεabcdσd

σaσbσc = ηabσc − ηac− σb + ηbcσa − iεabcdσd

χσµψ = −ψσµχ

kann der Superstrom (ohne ε-Terme) umgeformt werden:

g2Sρ(1) = −εσν λ

2a1(iF aµν+F aµν)+√

2εσν σµλa2Dνφ

†a+εσµλa1φ

†T aφ

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

In Komponentenschreibweise ist das dasselbe wie:

g2Sρ(1)α = −σνααλ

aα1 (iF aµν + F aµν) +

√2(σν σµλa

2)αDνφ†a

+ σµααλ

aα1 φ†T aφ

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

√2(σν σµλa

2)αDνφ†a

+ σµααλ

aα1 φ†T aφ

Jetzt senken wir einen Spinorindex mit Hilfe von

λα1 = εαβλ1β = εαβλ

†1β = i(σ2λ

α (51)

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

√2(σν σµλa

2)αDνφ†a

+ σµααλ

aα1 φ†T aφ

Jetzt senken wir einen Spinorindex mit Hilfe von

λα1 = εαβλ1β = εαβλ

†1β = i(σ2λ

α (51)

Damit ist die 0-te Komponente des Stroms

g2S0(1),α = −i(�σσ2λ

†a1 )α • (i �F + �F )a +

√2(�σ • �Dφ†aλa

2λa2αD0φ

†a + i(σ2λ†a1 )αφ

†T aφ(52)

mit �F a = F a0i ∝ Ea und �F a = F a0i ∝ Ba.

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

Die Berechnung der zentralen Ladungen

Um die zentralen Ladungen auswerten zu können, sind wiran dem Antikommutator der 0-Komponenten der Strömeinteressiert

{Q(1)αQ(2)β} ={∫

d3xS0(1)α(�x, 0),

∫d3xS0

(2)β(�x, 0)}. (53)

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

{Q(1)αQ(2)β} ={∫

d3xS0(1)α(�x, 0),

∫d3xS0

(2)β(�x, 0)}. (53)

Die einzigen nicht verschwindenden Terme dabei sind vonder Form, also von Termen, die elektrische und magnetischeLadungen messen (nach Olive und Witten [5])∫

d3xφ†aF a0i + φ†aF a0i (54)

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

{Q(1)αQ(2)β} ={∫

d3xS0(1)α(�x, 0),

∫d3xS0

(2)β(�x, 0)}. (53)

Die einzigen nicht verschwindenden Terme dabei sind vonder Form, also von Termen, die elektrische und magnetischeLadungen messen (nach Olive und Witten [5])∫

d3xφ†aF a0i + φ†aF a0i (54)

daher sind die relevanten Terme (off-shell, also �D �= 0) inden Superströmen

g2S0(1),α = −i(�σσ2λ

†a1 )α • (i �F + �F )a +

g2S0(2),α = −i(�σσ2λ

†a2 )α • (i �F − �F )a +

1)α.(55)

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

Damit bekommen wir für den Antikommutator:

{Q(1)αQ(2)β} =1g4

∫d3x

∫d3y i

[(σiσ2)αγσ

jβλ{λ†a1γ , λ

−σjαγ(σiσ2)βλ{λ†a2γ , λ

](iF a

0i + F a0i)Djφ

∫d3x

[(σiσ2σ

jT )αβ − (σiσ2σjT )βα

]· (iF a

0i + F a0i)Djφ

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

Damit bekommen wir für den Antikommutator:

{Q(1)αQ(2)β} =1g4

∫d3x

∫d3y i

[(σiσ2)αγσ

jβλ{λ†a1γ , λ

−σjαγ(σiσ2)βλ{λ†a2γ , λ

](iF a

0i + F a0i)Djφ

∫d3x

[(σiσ2σ

jT )αβ − (σiσ2σjT )βα

]· (iF a

0i + F a0i)Djφ

Beachtet man jetzt, dass

(σiσ2σjT )αβ = −(σ2σ

iTσjT )αβ = − [σ2(δij − iεijkσT

k )]αβ

(57)kann man vereinfachen zu:

(σiσ2σjT )αβ − (σiσ2σ

jT )βα = − [σ2(δij − iεijkσT

k )]αβ

− β ↔ α

= −2(σ2)αβδij = 2iεαβδ

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

Jetzt haben wir endlich einen handlichen Ausdruck fürunseren Antikommutator

{Q(1)αQ(2)β} = −2√

εαβ

∫d3x (iF a0i + F a0i)Diφ

†a (58)

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

Jetzt haben wir endlich einen handlichen Ausdruck fürunseren Antikommutator

{Q(1)αQ(2)β} = −2√

εαβ

∫d3x (iF a0i + F a0i)Diφ

†a (58)

mit Hilfe der Bianchi-Identität für den magnetischen Teil:

DµFµν = ∂µF

µν − g[Aµ, Fµν ] = 0 (59)

und der Bewegungsgleichung für den elektrischen Teil, dieaus dem Lagrangian (∝ F aµνFaµν) gewonnen wird:

DµFµν = ∂µFµν − g[Aµ, F

µν ] = 0 (60)

können wir die kovariante Ableitung als partielle Ableitungherausziehen.

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

Die zentralen Ladungen

{Q(1)αQ(2)β} = −2√

εαβ

∫d3x ∂i

[(iF a0i + F a0i)φ†a

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

{Q(1)αQ(2)β} = −2√

εαβ

∫d3x ∂i

und ebenso

{Q(1)αQ(2)β} = −2√

εαβ

∫d3x ∂i

[(−iF a0i + F a0i)φa

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

{Q(1)αQ(2)β} = −2√

εαβ

∫d3x ∂i

und ebenso

{Q(1)αQ(2)β} = −2√

εαβ

∫d3x ∂i

[(−iF a0i + F a0i)φa

Die Ableitungen in den zentralen Ladungen sind aber nichtsanderes als die Ladungsdichten

Qe = − 1ag

∫d3x∂iF

a0iφa = gne

Qm = − 1ag

∫d3x∂iF

a0iφa =4πgnm

wobei a der Vakuumserwartungswert von φ im Higgsvakuumist.

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

Bemerkungen

Die gerade hergelittene Ladungsquantisierungsbedingung istähnlich der der integralen fundamentalen Ladungen wennSU(2) zu U(1) bricht und die Felder in der adjungiertenDarstellung leben.

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

Bemerkungen

Die gerade hergelittene Ladungsquantisierungsbedingung istähnlich der der integralen fundamentalen Ladungen wennSU(2) zu U(1) bricht und die Felder in der adjungiertenDarstellung leben.Die zentrale Ladung der N = 2-Supersymmetrie ist also

Z = −ia(ne +

4πig2

)= a(ne + τnm) (64)

wobei die Phase hier konventionsabhängig ist und uns nurder Betrag interessiert.

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

Bemerkungen

Die gerade hergelittene Ladungsquantisierungsbedingung istähnlich der der integralen fundamentalen Ladungen wennSU(2) zu U(1) bricht und die Felder in der adjungiertenDarstellung leben.Die zentrale Ladung der N = 2-Supersymmetrie ist also

Z = −ia(ne +

4πig2

)= a(ne + τnm) (64)

wobei die Phase hier konventionsabhängig ist und uns nurder Betrag interessiert. Der Effekt des θ-Parameters kannentweder durch Addition des entsprechenden Zusatzs zumLagrangian θF F oder durch den Witteneffekt (s. Nils undMagnus) berechnet werden.Wie wir daher bereits wissen, shifted er die elektrischeLadung

Qe = gne +θg2

8π2Qm (65)

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

Bemerkungen

Mit Hilfe der Supersymmetriealgebra und Johannes’ Vortragkönnen wir die Massengrenze festlegen auf

M ≥√

2|Z| =√

2|a(ne + τnm)|, (66)

was die BPS-Grenze ist.

N=2 Eichtheorie

•Bemerkungen

Bemerkungen

Mit Hilfe der Supersymmetriealgebra und Johannes’ Vortragkönnen wir die Massengrenze festlegen auf

M ≥√

2|Z| =√

2|a(ne + τnm)|, (66)

was die BPS-Grenze ist.Bis jetzt haben wir uns nur mit der mikroskopischen Wirkungbefaßt. Nimmt man die volle effektive Wirkung, die durch dasPräpotential F gegeben ist, so wird die zentrale Ladung zu

Z = ane + aDnm (67)

wobei aD = ∂F/∂a. Die Motivation hierzu ist natürlich wiederdie Dualität unter der Transformation der fundamentalenObjekte von elektrischen Ladungen auf magnetische. Dievolle Gruppe dieser Dualität wird in späteren Vorträgen aufSL(2, Z) bestimmt werden.

Zentrale Ladungen in der N=2 Eichtheorie mit Materie

N=2 Eichtheorie

•Materieeffekte

•Berechnung der

Materieeffekte•Zusammenfassung

Materieeffekte

Wird Materie in der fundamentalen Darstellung zur reinenEichfeldtheorie addiert, verändert sich die zentrale Ladungebenfalls.

N=2 Eichtheorie

•Materieeffekte

•Berechnung der

Materieeffekte

Wird Materie in der fundamentalen Darstellung zur reinenEichfeldtheorie addiert, verändert sich die zentrale Ladungebenfalls.Das liegt daran, dass in der N = 2 Supersymmetrie dieMateriefelder Teile von Hypermultipletts sind, die in derN = 1 Notation als chirale und antichirale SuperfelderQ(q, ψq, Fq) und Q†(q, ψq, Fq) beschrieben werden, die sichbeide unter der Eichgruppe SU(Nc) transformieren. Dabeitransformieren sich die (q, ψq) bzw (q, ψq) unter der NDarstellung der Eichgruppe SU(N).

N=2 Eichtheorie

•Materieeffekte

•Berechnung der

Materieeffekte

Wird Materie in der fundamentalen Darstellung zur reinenEichfeldtheorie addiert, verändert sich die zentrale Ladungebenfalls.Das liegt daran, dass in der N = 2 Supersymmetrie dieMateriefelder Teile von Hypermultipletts sind, die in derN = 1 Notation als chirale und antichirale SuperfelderQ(q, ψq, Fq) und Q†(q, ψq, Fq) beschrieben werden, die sichbeide unter der Eichgruppe SU(Nc) transformieren. Dabeitransformieren sich die (q, ψq) bzw (q, ψq) unter der NDarstellung der Eichgruppe SU(N).Unter der SU(2)R-Symmetrie sind die q und q† Doublets,während die ψ und ψ†

q Singlets sind. Beide haben Spin≤ 1/2, gehören also zu den kurzen Darstellungen undmüssen daher die BPS-Grenze sättigen, also M =

√2Z.

N=2 Eichtheorie

•Materieeffekte

•Berechnung der

Berechnung der Materieeffekte

Der Lagrangian in Anwesenheit von Materie enthält einSuperpotential

W =Nf∑i=1

√2QiΦQi +miQiQi + h.c. (68)

Dabei ist Φ das chirale Superfeld des Vektormultipletts in deradjungierten Darstellung. Der erste Term ist wieder dieEichkopplung der Materiefelder, der zweite ist der N = 2invariante Massenterm. Die SU(Nf ) Flavour Symmetrie isterhalten, sofern die Massen gleich bleiben; sind alleverschieden, wird sie zur U(1)Nf gebrochen.

N=2 Eichtheorie

•Materieeffekte

•Berechnung der

Der Lagrangian in Anwesenheit von Materie enthält einSuperpotential

W =Nf∑i=1

√2QiΦQi +miQiQi + h.c. (68)

Dabei ist Φ das chirale Superfeld des Vektormultipletts in deradjungierten Darstellung. Der erste Term ist wieder dieEichkopplung der Materiefelder, der zweite ist der N = 2invariante Massenterm. Die SU(Nf ) Flavour Symmetrie isterhalten, sofern die Massen gleich bleiben; sind alleverschieden, wird sie zur U(1)Nf gebrochen.Die Definition des Materiesuperstroms gibt uns die Anteileder Q (und Q für q → q†, q† → −q):

εαSµ(1)α = . . .+

√2εσν σµψqDνq

† + i√

2mq†ψqσµε

2εσν σµψqDν q† + i

√2mq†ψqσ

µε+ . . .(69)

N=2 Eichtheorie

•Materieeffekte

•Berechnung der

Nach derselben Prozedur wie für den materielosen Fallerhalten wir als zusätzlichen Term 2iεαβ

∑imiSi mit

Si =∫d3x

†i qi + qiD0q

†i −

2ψ†

qiψqi +i

2ψqiψ

−(q → q, ψq → ψq)) .(70)

N=2 Eichtheorie

•Materieeffekte

•Berechnung der

∑imiSi mit

Si =∫d3x

†i qi + qiD0q

†i −

2ψ†

qiψqi +i

2ψqiψ

−(q → q, ψq → ψq)) .(70)

Dieser Ausdruck ist offensichtlich eine erhaltene Ladungassoziiert mit einer globalen U(1)-symmetrie unter der Qi

und Qi die Ladungen +1 und −1 tragen.

N=2 Eichtheorie

•Materieeffekte

•Berechnung der

∑imiSi mit

Si =∫d3x

†i qi + qiD0q

†i −

2ψ†

qiψqi +i

2ψqiψ

−(q → q, ψq → ψq)) .(70)

und Qi die Ladungen +1 und −1 tragen.Das sind dann die U(1)-Faktoren der gebrochenenFlavour-Symmetriegruppe.

N=2 Eichtheorie

•Materieeffekte

•Berechnung der

∑imiSi mit

Si =∫d3x

†i qi + qiD0q

†i −

2ψ†

qiψqi +i

2ψqiψ

−(q → q, ψq → ψq)) .(70)

und Qi die Ladungen +1 und −1 tragen.Das sind dann die U(1)-Faktoren der gebrochenenFlavour-Symmetriegruppe.Mit diesen Extratermen haben wir dann unsere endgültigenzentralen Ladungen:

Z = nea+ nmaD +∑

1√2miSi. (71)

N=2 Eichtheorie

•Materieeffekte

•Berechnung der

Zusammenfassung

• Supersymmetrische N = 2 Lagrangians

N=2 Eichtheorie

•Materieeffekte

•Berechnung der

Zusammenfassung

• Supersymmetrische N = 2 Lagrangians◦ nur mit Eichfeldern:

(φ, ψ) + (λ,Aµ) = Φ + VW=0,Φ→Φ/g

= Ψ = (φ, λ1, λ2, Aµ)(72)

Für [φ†, φ] = 0 können wir massive Teilchen bekommen.

N=2 Eichtheorie

•Materieeffekte

•Berechnung der

Zusammenfassung

• Supersymmetrische N = 2 Lagrangians◦ nur mit Eichfeldern:

(φ, ψ) + (λ,Aµ) = Φ + VW=0,Φ→Φ/g

= Ψ = (φ, λ1, λ2, Aµ)(72)

Für [φ†, φ] = 0 können wir massive Teilchen bekommen.◦ mit Eich- und Materiefeldern:

Q(q, ψq, Fq)+Q(q, ψq, Fq) = (φ, ψ)+(φ, ψ) = Hypermultiplett(73)

Die Kopplung ist identisch mit dem N = 1 Fall

Q†i exp(−2V )Qi (74)

mit zusätzlichen erlaubten Mischtermen:√

2QiΦQi +mQiQi (75)

Die Supersymmetrie ist abhängig von Nf und Nc

gebrochen.

N=2 Eichtheorie

•Materieeffekte

•Berechnung der

Zusammenfassung

• Zentrale Ladungen in der N = 2 supersymmetrischenEichtheorie

N=2 Eichtheorie

•Materieeffekte

•Berechnung der

Zusammenfassung

• Zentrale Ladungen in der N = 2 supersymmetrischenEichtheorie◦ in der reinen Eichtheorie:

Q(i),α ∝∫d3xS0

(i),α (76)

Z ∝ {Q(1),α, Q(2),β} ∝ a

4πig2

Daraus folgt die BPS Massengrenze von M ≥ |Z|.

N=2 Eichtheorie

•Materieeffekte

•Berechnung der

Zusammenfassung

• Zentrale Ladungen in der N = 2 supersymmetrischenEichtheorie◦ in der reinen Eichtheorie:

Q(i),α ∝∫d3xS0

(i),α (76)

Z ∝ {Q(1),α, Q(2),β} ∝ a

4πig2

Daraus folgt die BPS Massengrenze von M ≥ |Z|.◦ in der Eichtheorie mit Materie:

Die zusätzlichen erlaubten Terme im N = 2 Lagrangianerzeugen einen zusätzlichen Stromanteil und dahereinen Anteil an der zentralen Ladung.

Z = nea+ nmaD +∑

1√2miSi (78)

N=2 Eichtheorie

•Referenzen

Literatur

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