Sup ersimetriye giri˘s : 1 boyutta sup ersimetri, sup ercebir ......Sup ersimetriye giri˘s : 1...

50
upersimetriye giri¸ s: 1 boyutta s¨ upersimetri, s¨ upercebir ve s¨ uperuzay Kayhan ¨ ULKER Abbasa˘gaMah., ˙ Istanbul UluYef’12 Kayhan ¨ ULKER (AbbasA˘ ga) upersimetriye giri¸ s UluYef’12 1 / 32

Transcript of Sup ersimetriye giri˘s : 1 boyutta sup ersimetri, sup ercebir ......Sup ersimetriye giri˘s : 1...

  • Süpersimetriye giriş :1 boyutta süpersimetri, süpercebir ve süperuzay

    Kayhan ÜLKER

    Abbasağa Mah., İstanbul

    UluYef’12

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 1 / 32

  • Süpersimetriye giriş :1 boyutta süpersimetri, süpercebir ve süperuzay

    Kayhan ÜLKER

    Abbasağa Mah., İstanbul

    UluYef’12

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 2 / 32

  • SİMETRİ Kısa Tarih:

    Süpersimetrinin Gelişimi

    Simetri fizikte önemli bir yer tutar ve matematiksel olarak simetri grupteorisi ile formüle edilir!Örneğin (3+1) boyutlu uzay zamanda kuantum alan teorisinin simetrigrubu

    Poincare ≡ dönme (Jµν) + öteleme (Pµ), µ, ν = 0, 1, 2, 3)

    grubudur. Bu grup üreteçleri bir Lie cebri oluşturur :

    [Jµν , Jρσ] = i(ηνρJµσ − ηµρJνσ − ηνσJµρ + ηµσJνρ)[Pµ, Jρσ] = i(ηρµPσ − ησµPρ) , [Pµ,Pν ] = 0

    Diğer taraftan diğer ek simetriler (yük, isospin gibi iç simetriler) skalerüreteçler (Ω) tarafından üretilebilir

    1967 Coleman-Mandula no-go teoremi:Poincare grubunu (Pµ, Jµν) trivial olmayan bir şekilde genişletmekmümkün değil trivial (değersiz) olan yöntem : [Pµ,Ω] = 0 = [Jµν ,Ω])

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 3 / 32

  • SÜPERSİMETRİ Kısa Tarih:

    1971 Golfand-Likhtman - SUSYnin doğuşuEğer bir Lie grubu dereceli (graded) yapıya sahipse Poincare grubunugenişletmek mümkün olur⇒ Süpercebir (Z2 dereceli yapı )

    SUSY : Fermiyon→ Bozon , Bozon→ Fermiyon

    1974 Wess-Zumino Modeli4-boyutta ilk renormalize edilebilir teori ⇒ SUSY popüler olmayabaşlıyor !

    1975 Haag-Lopusanski-SohniusRelativistik Kuantum Alan Teorisinin 4-boyutta mümkün olan tutarlıtek genişletilmesi sadece Poincare + SUSY cebri ile mümkündür..

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 4 / 32

  • SÜPERSİMETRİ Kısa tarih :

    1975-2012• • •.

    2012 find k supersymm @SPIRES ⇒yaklaşık 55000 makale !(Sadece 2012’de Şubat başına kadar 115 makale.).

    2013 LHC ⇒???.

    (LHC : Large Hadron Collider - Büyük Hadron Çarpıştırıcısı)

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 5 / 32

  • SÜPERSİMETRİ Kısa tarih :

    1975-2012• • •.

    2012 find k supersymm @SPIRES ⇒yaklaşık 55000 makale !(Sadece 2012’de Şubat başına kadar 115 makale.).

    2013 LHC ⇒???.

    (LHC : Large Hadron Collider - Büyük Hadron Çarpıştırıcısı)

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 5 / 32

  • SÜPERSİMETRİ Kısa tarih :

    1975-2012• • •.

    2012 find k supersymm @SPIRES ⇒yaklaşık 55000 makale !(Sadece 2012’de Şubat başına kadar 115 makale.).

    2013 LHC ⇒???.

    (LHC : Large Hadron Collider - Büyük Hadron Çarpıştırıcısı)

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 5 / 32

  • SÜPERSİMETRİ Diğer uygulamalar

    Süpersimetrinin Diğer Uygulamaları

    Süpersimetri fikri sadece yüksek enerji fiziğine özgü değildir ! Özellikle1981’de Witten’ın 1-boyutlu supersimetrik modeli inşa etmesinden sonrasüpersimetri

    kuantum mekaniği,

    istatistik fizik,

    yoğun madde fiziği

    konularının günümüzde de yoğun olarak çalışılan en temel araçlarından biriolmuştur.

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 6 / 32

  • SÜPERSİMETRİ Diğer uygulamalar

    Süpersimetrinin Temel Özellikleri

    Süpersimetrik bir kuantum alan teorisi süpersimetri altında dönüşen alanlarve bu simetri altında değişmez kalan bir Eylem ile tutarlı olarak ifadeedilebilir. Dolayısıyla süpersimetrik teorilerin yapıları oldukça kısıtlanmıştır :

    Bozonlar ve fermionlar sadece spin-1/2 fermiyonik simetri operatorleriQ ile birbirlerine dönüştürülebilir.

    Q|fermiyon >= |bozon > , Q|bozon >= |fermiyon >

    Sadece süpersimetri sayesinde birbirlerine dönüşen farklı spinlifermiyon ve bozonlar tek bir (süper) simetri çoklusunun elemanlarıolarak yazılabilir.

    Herhangi bir süperçokluda fermiyon ve bozon sayıları eşittir.Aynı çokluya ait olan tüm fermiyon ve bozon alanları aynı kütleye veaynı bağlanma sabitine sahiptir.

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 7 / 32

  • SÜPERSİMETRİ Diğer uygulamalar

    Süpersimetrik bir teorinin eylemi iki farklı yolla yazılabilir.

    Bileşen (component) alan formülasyonu :

    Eylemin sahip olması istenen alanlar ve süperçoklular belirlenir.Eylem için standart kuantum alan teorisinden bilinen, kinetik terimlerve renormalize edilebilir en genel kütle ve etkileşme terimleri yazılır.Eylemdeki bu terimlerin katsayıları süpersimetri altında değişmez kalmaşartıyla kısıtlanır.

    Süperuzay formülasyonu :

    QFT : Bildiğimiz 4 boyutlu uzay xµ Poincare/Lorentz koset uzayınıparametrize ediyor.

    SUSY QFT : O zaman SuperPoincare/Lorentz koset uzayı(xµ , θα , θ̄α̇)⇒ 4+4 boyutlu SUPERUZAY ı parametrize eder ! :Süpersimetrik eylemler doğrudan bu koordinatların fonksiyonları olansüperalanlar Φ(x , θ, θ̄) yardımıyla yazılır.

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 8 / 32

  • SÜPERSİMETRİ Diğer uygulamalar

    Süpersimetrik bir teorinin eylemi iki farklı yolla yazılabilir.

    Bileşen (component) alan formülasyonu :

    Eylemin sahip olması istenen alanlar ve süperçoklular belirlenir.Eylem için standart kuantum alan teorisinden bilinen, kinetik terimlerve renormalize edilebilir en genel kütle ve etkileşme terimleri yazılır.Eylemdeki bu terimlerin katsayıları süpersimetri altında değişmez kalmaşartıyla kısıtlanır.

    Süperuzay formülasyonu :

    QFT : Bildiğimiz 4 boyutlu uzay xµ Poincare/Lorentz koset uzayınıparametrize ediyor.SUSY QFT : O zaman SuperPoincare/Lorentz koset uzayı(xµ , θα , θ̄α̇)⇒ 4+4 boyutlu SUPERUZAY ı parametrize eder ! :Süpersimetrik eylemler doğrudan bu koordinatların fonksiyonları olansüperalanlar Φ(x , θ, θ̄) yardımıyla yazılır.

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 8 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Eylem

    1-Boyutlu Süpersimetrik Model

    t-ile parametrize edilen 1-boyutlu uzayda,

    φ(t) bir bozonik alan

    ψ(t) bir fermiyonik alan

    olsun. ψ(t), her bir t için bağımsız bir Grassmann değişkendir :

    ψ(t1)ψ(t2) = −ψ(t2)ψ(t1)⇒ (ψ(t))2 = 0

    Eğer dψ(t)/dt ≡ ψ̇(t) varsa benzer şekilde˙ψ(t1) ˙ψ(t2) = − ˙ψ(t2) ˙ψ(t1) , ˙ψ(t)ψ(t) = −ψ(t) ˙ψ(t)

    ψ ve φ alanlarının matematiksel olarak birbirinden farkı∫dtψ(t)ψ̇(t) 6=

    ∫dt

    d

    dt(ψ(t)(ψ(t))

    ifadesinden görülebilir.Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 9 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Eylem

    Modeli basitleştirmek için φ ve ψ’yi reel alalım : (φ)† = φ , (ψ)† = ψ Bumodelin eylemi,

    I =

    ∫dt

    (1

    2φ̇2 +

    i

    2ψψ̇

    )şeklinde yazılır. Eylemin hermitsel olduğu (I † = I ) kolayca görülebilir.Fiziksel intermezzo : Bu eylemde

    12 φ̇

    2 terimi, 4-boyutta Klein-Gordon eyleminin (x , y , z)’den bağımsızbir alana indirgenmesi,i2ψψ̇ terimi, reel Majarona spinorü için yazılan Dirac eyleminin buspinörün bir bileşenine indirgenmesi

    gibi düşünülebilir !Doğal birim sisteminde (~ = c = 1) eylem boyutsuz ([I ] = 0) ve [t] = −1olduğundan eylemdeki alanların boyutları

    [φ] = −12, [ψ] = 0

    olur.Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 10 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süpersimetri dönüşümleri

    δξ, parametresi reel SABİT Grassmann bir değişken ξ olan süpersimetridönümü olsun. Tanım olarak,

    δξ(bozonik bir ifade) = ξ(fermionik bir ifade)

    δξ(fermionik bir ifade) = ξ(bozonik bir ifade)

    olmalı.

    δξφ = iξψ olsun. O zaman [ξ] = −1/2 olmalıdır.Ancak benzer şekilde boyutsal nedenlerden δξψ = iξφ yazılamaz.Dolayısıyla δξψ = ξf (φ) yazalım.

    Boyutsal analiz yapılırsa [f (φ)] = 1/2 olmalıdır.Ancak eğer süpersimetri dönüşümü lineer alınırsa olası tek çözümf (φ) ∼ ξφ̇ şeklinde bulunur.Aradaki orantı sabiti δξI = 0 olacak şekilde seçilirse

    δξψ = −ξφ̇

    elde edilir.

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 11 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süpersimetri dönüşümleri

    δξ, parametresi reel SABİT Grassmann bir değişken ξ olan süpersimetridönümü olsun. Tanım olarak,

    δξ(bozonik bir ifade) = ξ(fermionik bir ifade)

    δξ(fermionik bir ifade) = ξ(bozonik bir ifade)

    olmalı.

    δξφ = iξψ olsun. O zaman [ξ] = −1/2 olmalıdır.Ancak benzer şekilde boyutsal nedenlerden δξψ = iξφ yazılamaz.Dolayısıyla δξψ = ξf (φ) yazalım.

    Boyutsal analiz yapılırsa [f (φ)] = 1/2 olmalıdır.Ancak eğer süpersimetri dönüşümü lineer alınırsa olası tek çözümf (φ) ∼ ξφ̇ şeklinde bulunur.

    Aradaki orantı sabiti δξI = 0 olacak şekilde seçilirse

    δξψ = −ξφ̇

    elde edilir.

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 11 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süpersimetri dönüşümleri

    δξ, parametresi reel SABİT Grassmann bir değişken ξ olan süpersimetridönümü olsun. Tanım olarak,

    δξ(bozonik bir ifade) = ξ(fermionik bir ifade)

    δξ(fermionik bir ifade) = ξ(bozonik bir ifade)

    olmalı.

    δξφ = iξψ olsun. O zaman [ξ] = −1/2 olmalıdır.Ancak benzer şekilde boyutsal nedenlerden δξψ = iξφ yazılamaz.Dolayısıyla δξψ = ξf (φ) yazalım.

    Boyutsal analiz yapılırsa [f (φ)] = 1/2 olmalıdır.Ancak eğer süpersimetri dönüşümü lineer alınırsa olası tek çözümf (φ) ∼ ξφ̇ şeklinde bulunur.Aradaki orantı sabiti δξI = 0 olacak şekilde seçilirse

    δξψ = −ξφ̇

    elde edilir.Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 11 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süpersimetri dönüşümleri

    Özet olarak :

    δξφ = iξψ , δξψ = −ξφ̇ süpersimetri dönüşümleri.

    I =∫

    dt(

    12 φ̇

    2 + i2ψψ̇)

    bu dönüşümler altında değişmez kalan

    (süpersimetrik) eylem.

    (φ , ψ) reel skaler süpersimetri multipleti elde edilir.

    Dikkat edilirse süpersimetrik bu modeldeki bozon sayısı (1) fermiyonsayısına (1) eşittir.

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 12 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süpersimetri cebri

    Süpersimetri Cebri

    Süpersimetri cebrini elde etmek için iki kez süpersimetri dönüşümüuygulanırsa,

    [δη, δξ]φ = (δηδξ − δξδη)φ = 2iηξφ̇

    [δη, δξ]ψ = 2iηξψ̇

    elde edilir.Dolayısıyla yukarıdaki komutatörler en genel bir ifade için

    [δη, δξ] = 2iηξ

    (d

    dt

    )şeklinde yazılabilir. Görüldüğü gibi komütatörün sağ tarafı t-uzayındamesafesi t0 = 2iηξ olan ötelemelere karşılık gelmektedir !

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 13 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süpersimetri cebri

    Süpersimetri cebrini jeneratörler cinsinden kısa yoldan görmek için bir hileyapalım :

    id

    dt≡ H , δξ ≡ iξQ , δη ≡ iηQ

    olsun. Burada H ve Q sırasıyla öteleme ve süpersimetri jeneratörlerinitemsil etmektedir.Yukarıdaki komutatör

    [δη, δξ] = −(ξQηQ − ηQξQ) = ξη(QQ + QQ) = ξη{Q,Q}

    şeklinde Q’ların anti-komütatörü olarak yazılabilir.Bu anti-komütatöryukarıdaki tanımlar yardımıyla

    {Q,Q} = 2H

    yazılır ve daha sonra Jacobi özdeşliği kullanılırsa

    [Q,H] = 0

    komütatör bağıntısı elde edilir.Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 14 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süpersimetri cebri

    Dolayısıyla 1-boyutta süpersimetri cebri

    {Q,Q} = 2H , [H,Q] = 0 , [H,H] = 0

    şeklinde yazılır.

    Cebir ancak hem komütatörler hem de anti-komütatörler kullanılarakyazılabilir

    Dolayısıyla Q ve H jeneratörleri kapalı dereceli (graded) Lie cebrioluşturur.

    Bu basit modelde cebrin kapanması için alanların hareketdenklemlerinin kullanılmasına gerek yoktur (off-shell susy).

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 15 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süpersimetri cebri

    Dolayısıyla 1-boyutta süpersimetri cebri

    {Q,Q} = 2H , [H,Q] = 0 , [H,H] = 0

    şeklinde yazılır.

    Cebir ancak hem komütatörler hem de anti-komütatörler kullanılarakyazılabilir

    Dolayısıyla Q ve H jeneratörleri kapalı dereceli (graded) Lie cebrioluşturur.

    Bu basit modelde cebrin kapanması için alanların hareketdenklemlerinin kullanılmasına gerek yoktur (off-shell susy).

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 15 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süpersimetri cebri

    Dolayısıyla 1-boyutta süpersimetri cebri

    {Q,Q} = 2H , [H,Q] = 0 , [H,H] = 0

    şeklinde yazılır.

    Cebir ancak hem komütatörler hem de anti-komütatörler kullanılarakyazılabilir

    Dolayısıyla Q ve H jeneratörleri kapalı dereceli (graded) Lie cebrioluşturur.

    Bu basit modelde cebrin kapanması için alanların hareketdenklemlerinin kullanılmasına gerek yoktur (off-shell susy).

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 15 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süpersimetri cebri

    Dolayısıyla 1-boyutta süpersimetri cebri

    {Q,Q} = 2H , [H,Q] = 0 , [H,H] = 0

    şeklinde yazılır.

    Cebir ancak hem komütatörler hem de anti-komütatörler kullanılarakyazılabilir

    Dolayısıyla Q ve H jeneratörleri kapalı dereceli (graded) Lie cebrioluşturur.

    Bu basit modelde cebrin kapanması için alanların hareketdenklemlerinin kullanılmasına gerek yoktur (off-shell susy).

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 15 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Kohomolojik yapı

    Kohomolojik yapı

    d Karesi sıfır olan bir operatör olsun.

    d2 = 0

    Böyle bir operatörü sıfır yapan çözüm kümesi, örneğin dA = 0, birkohomoloji problemi oluşturur. Bu problemin enteresan çözümleri

    dA = 0 , A 6= dB

    şeklinde olan çözümlerdir. Benzer tarzda problemler fizikte de önemli biryer tutar.

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 16 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Kohomolojik yapı

    Benzer yapı 1-boyutlu basit modelde de görülebilir. Süpersimetri cebrinde{Q,Q} = 2H = 2id/dt olduğundan

    QQ = id

    dt

    elde edilir. Eğer Q’nun etki ettiği uzay integre edilmiş alan polinomlarına,örneğin A =

    ∫dtF (φ, ψ) kısıtlanırsa Q’nun bu uzayda karesi sıfır

    (nilpotent) olduğu görülür :

    QQ

    ∫dtF (φ, ψ) = i

    ∫dt

    d

    dt(F (φ, ψ)) ≈ 0

    Modelin eylemi ise bir tam Q dönüşümü olarak yazılabilir.

    I =

    ∫dt

    (1

    2φ̇2 +

    i

    2ψψ̇

    )= −1

    2Q

    ∫dt

    (1

    2φ̇ψ

    )4-boyutta benzer ifadeler topolojik alan teorilerine karşılık gelmektedir. Birboyutta bu sonucun yoğun madde fiziğinde nasıl bir uygulaması olacağınınaraştırılması ilginç olabilir!

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 17 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süperuzay

    Grassmann Cebri

    θi , i = 1, 2 · · · n n Grassmann sayısı olsun. Grassmann sayıları Grassmanncebrini

    θiθj + θjθi = 0 , ∀ i , j → θiθi = 0

    sağlar. Türev ve integral

    ∂θiθj = δij ,

    ∫dθ1dθ2 · · · dθnθn · · · θ2θ1 = 1

    şeklinde tanımlanır. Görüldüğü gibi integral türev gibi çalışmaktadır !Tek bir Grassmann parametresi θ için yukarıdaki ifadeler oldukça basitleşir :∫

    dθθ = 1 ,

    ∫dθc = 0→

    ∫dθ ≡ d

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 18 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süperuzay

    Süperuzay

    Süperuzay SuperPoincare/Lorentz koset uzayinin parametrizasyonu. Bu nedemek ? SuperPoincare grubu süpersimetri+dönme + ötelemeleri içerir.Lorentz ise sadece dönmeleri içerir. İkisinin koseti alınırsa sadecesüpersimetri + öteleme kalır.Dolayısıyla bir boyutta sadece Q ve H olduğundan bu uzay θ ve tkoordinatları ile parametrize edilebilir. Burada θ’nin antikomüt eden(Grassmann) bir koordinat olduğu aşikardır.TANIM:

    Koordinatları t ve θ olan uzaya SÜPERUZAY denir.

    t ve θ’nın bir fonksiyonu olan herhangi bir alana (örneğin Φ(t, θ))SÜPERALAN denir.

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 19 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süperuzay

    O zaman θ2 = 0 olduğundan bizim modelimizde en basit süperalan,

    Φ(t, θ) = φ(t) + iθψ(t)

    şeklinde yazılabilir.

    φ(t) reel skaler bir alan olduğundan uniform bir süperalan yazmak için

    Φ’nin tüm bileşenleri skaler olmalıdır. θ Grassmann sayısı olduğundanψ komüt etmeyen bir alan olmalıdır.

    Φ’nin tüm bileşenleri reel olmalıdır. Dolayısıyla θψ teriminin başında iolmalıdır.

    [Φ] = [φ] = −1/2 olmalıdır. Dolayısıyla [ψ] = 0 olduğundan[θ] = −1/2 olmalıdır.

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 20 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süperuzay

    O zaman θ2 = 0 olduğundan bizim modelimizde en basit süperalan,

    Φ(t, θ) = φ(t) + iθψ(t)

    şeklinde yazılabilir.

    φ(t) reel skaler bir alan olduğundan uniform bir süperalan yazmak için

    Φ’nin tüm bileşenleri skaler olmalıdır. θ Grassmann sayısı olduğundanψ komüt etmeyen bir alan olmalıdır.

    Φ’nin tüm bileşenleri reel olmalıdır. Dolayısıyla θψ teriminin başında iolmalıdır.

    [Φ] = [φ] = −1/2 olmalıdır. Dolayısıyla [ψ] = 0 olduğundan[θ] = −1/2 olmalıdır.

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 20 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süperuzay

    O zaman θ2 = 0 olduğundan bizim modelimizde en basit süperalan,

    Φ(t, θ) = φ(t) + iθψ(t)

    şeklinde yazılabilir.

    φ(t) reel skaler bir alan olduğundan uniform bir süperalan yazmak için

    Φ’nin tüm bileşenleri skaler olmalıdır. θ Grassmann sayısı olduğundanψ komüt etmeyen bir alan olmalıdır.

    Φ’nin tüm bileşenleri reel olmalıdır. Dolayısıyla θψ teriminin başında iolmalıdır.

    [Φ] = [φ] = −1/2 olmalıdır. Dolayısıyla [ψ] = 0 olduğundan[θ] = −1/2 olmalıdır.

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 20 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süperuzay

    O zaman θ2 = 0 olduğundan bizim modelimizde en basit süperalan,

    Φ(t, θ) = φ(t) + iθψ(t)

    şeklinde yazılabilir.

    φ(t) reel skaler bir alan olduğundan uniform bir süperalan yazmak için

    Φ’nin tüm bileşenleri skaler olmalıdır. θ Grassmann sayısı olduğundanψ komüt etmeyen bir alan olmalıdır.

    Φ’nin tüm bileşenleri reel olmalıdır. Dolayısıyla θψ teriminin başında iolmalıdır.

    [Φ] = [φ] = −1/2 olmalıdır. Dolayısıyla [ψ] = 0 olduğundan[θ] = −1/2 olmalıdır.

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 20 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süperuzay

    O zaman θ2 = 0 olduğundan bizim modelimizde en basit süperalan,

    Φ(t, θ) = φ(t) + iθψ(t)

    şeklinde yazılabilir.

    φ(t) reel skaler bir alan olduğundan uniform bir süperalan yazmak için

    Φ’nin tüm bileşenleri skaler olmalıdır. θ Grassmann sayısı olduğundanψ komüt etmeyen bir alan olmalıdır.

    Φ’nin tüm bileşenleri reel olmalıdır. Dolayısıyla θψ teriminin başında iolmalıdır.

    [Φ] = [φ] = −1/2 olmalıdır. Dolayısıyla [ψ] = 0 olduğundan[θ] = −1/2 olmalıdır.

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 20 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süperuzay

    Süpesimetri dönüşümleri süperuzayda,

    Q =∂

    ∂θ+ iθ

    ∂t

    operatörü yardımıyla üretilir :

    ξQΦ = ξ

    (∂

    ∂θ+ iθ

    ∂t

    )Φ = iξψ + iθ(−ξφ̇) = δφ+ iθδψ

    Bu operatör süpersimetri cebrini sağlar :

    {Q,Q} = 2i ∂∂t≡ H , [Q,H] = 0 , [H,H] = 0

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 21 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süperuzay

    Süpersimetri donüşümleri Q ile üretildiğinden bir süper eylemin budönüşümler altında değişmez kalma şartı

    δI =

    ∫dtdθξQ[· · · ] = 0

    olarak elde edilir.Dolayısıyla ξQ ile komüt eden diğer operatörlerin yazılması önemlidir.Bunlardan bir tanesi d/dt’dir. Bir başka türev operatörü ise kovaryanttürev D’dir:

    D =∂

    ∂θ− iθ ∂

    ∂t

    Tanımdan da doğrudan görülebileceği gibi D,

    [ξQ,D] = ξ{Q,D} = 0

    ilişkisini sağlar.

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 22 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süperuzay

    Eylemi oluşturmak için olsa olsa ne olur yöntemini kullanalım. Eylem engenelde,

    I =

    ∫dtdθF (

    ∂t,D,Φ)

    olarak yazılabilir.

    Boyut analizi yaparsak [dtdθ] = −1/2 olduğu görülebilir. Dolayısıylaeylemin boyutsuz olması icin [F ] = 1/2 olmalıdır.

    Fiziksel olarak enteresan bir eylem en azından alanlar cinsindenkuadratik olmalıdır. Böylelikle

    F = K (∂

    ∂t,D).Φ2

    gibi yazılabilir.

    [Φ] = −1/2 olduğundan K ’nın boyutu ancak [K ] = 3/2 olabilir.Görüldüğü gibi sadece boyut analizi ile K ’nın TEK çözümü

    K ∼ ∂∂t.D

    olmalıdır.

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 23 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süperuzay

    Eylemi oluşturmak için olsa olsa ne olur yöntemini kullanalım. Eylem engenelde,

    I =

    ∫dtdθF (

    ∂t,D,Φ)

    olarak yazılabilir.

    Boyut analizi yaparsak [dtdθ] = −1/2 olduğu görülebilir. Dolayısıylaeylemin boyutsuz olması icin [F ] = 1/2 olmalıdır.

    Fiziksel olarak enteresan bir eylem en azından alanlar cinsindenkuadratik olmalıdır. Böylelikle

    F = K (∂

    ∂t,D).Φ2

    gibi yazılabilir.

    [Φ] = −1/2 olduğundan K ’nın boyutu ancak [K ] = 3/2 olabilir.Görüldüğü gibi sadece boyut analizi ile K ’nın TEK çözümü

    K ∼ ∂∂t.D

    olmalıdır.

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 23 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süperuzay

    Eylemi oluşturmak için olsa olsa ne olur yöntemini kullanalım. Eylem engenelde,

    I =

    ∫dtdθF (

    ∂t,D,Φ)

    olarak yazılabilir.

    Boyut analizi yaparsak [dtdθ] = −1/2 olduğu görülebilir. Dolayısıylaeylemin boyutsuz olması icin [F ] = 1/2 olmalıdır.

    Fiziksel olarak enteresan bir eylem en azından alanlar cinsindenkuadratik olmalıdır. Böylelikle

    F = K (∂

    ∂t,D).Φ2

    gibi yazılabilir.

    [Φ] = −1/2 olduğundan K ’nın boyutu ancak [K ] = 3/2 olabilir.Görüldüğü gibi sadece boyut analizi ile K ’nın TEK çözümü

    K ∼ ∂∂t.D

    olmalıdır.

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 23 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süperuzay

    Eylemi oluşturmak için olsa olsa ne olur yöntemini kullanalım. Eylem engenelde,

    I =

    ∫dtdθF (

    ∂t,D,Φ)

    olarak yazılabilir.

    Boyut analizi yaparsak [dtdθ] = −1/2 olduğu görülebilir. Dolayısıylaeylemin boyutsuz olması icin [F ] = 1/2 olmalıdır.

    Fiziksel olarak enteresan bir eylem en azından alanlar cinsindenkuadratik olmalıdır. Böylelikle

    F = K (∂

    ∂t,D).Φ2

    gibi yazılabilir.

    [Φ] = −1/2 olduğundan K ’nın boyutu ancak [K ] = 3/2 olabilir.Görüldüğü gibi sadece boyut analizi ile K ’nın TEK çözümü

    K ∼ ∂∂t.D

    olmalıdır.Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 23 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süperuzay

    1-boyutta, 4-boyuttan farklı olarak yine boyut analizi kullanarak türeviçermeyen ayrı bir potansiyel teriminin (Φ3,Φ4 gibi) yazılamayacağıgörülür !

    Eger eylemde ikiden fazla türev içeren terimler istenmiyorsa eylem içinα bir sabit olmak üzere sadece TEK BİR ÇÖZÜM elde edilebilir.

    I = α

    ∫dtdθ

    (∂Φ

    ∂t

    ). (DΦ)

    Bu ifadede α = i/2 için

    I =i

    2

    ∫dtdθ

    (φ̇+ iθψ̇

    )(iψ − iθφ̇

    )= 0 +

    i

    2

    ∫dtdθ

    (−iθφ̇φ̇+ θψψ̇

    )+ 0

    =

    ∫dtdθ

    (1

    2θφ̇φ̇+

    i

    2ψψ̇

    )

    Bu ifade ise daha once superuzay tekniklerini kullanmadanbulduğumuz süpersimetrik eylemdir. Ancak görüldüğü gibisüperuzayda eylem çok daha basitçe elde edilebildi !

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 24 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süperuzay

    1-boyutta, 4-boyuttan farklı olarak yine boyut analizi kullanarak türeviçermeyen ayrı bir potansiyel teriminin (Φ3,Φ4 gibi) yazılamayacağıgörülür !

    Eger eylemde ikiden fazla türev içeren terimler istenmiyorsa eylem içinα bir sabit olmak üzere sadece TEK BİR ÇÖZÜM elde edilebilir.

    I = α

    ∫dtdθ

    (∂Φ

    ∂t

    ). (DΦ)

    Bu ifadede α = i/2 için

    I =i

    2

    ∫dtdθ

    (φ̇+ iθψ̇

    )(iψ − iθφ̇

    )= 0 +

    i

    2

    ∫dtdθ

    (−iθφ̇φ̇+ θψψ̇

    )+ 0

    =

    ∫dtdθ

    (1

    2θφ̇φ̇+

    i

    2ψψ̇

    )

    Bu ifade ise daha once superuzay tekniklerini kullanmadanbulduğumuz süpersimetrik eylemdir. Ancak görüldüğü gibisüperuzayda eylem çok daha basitçe elde edilebildi !

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 24 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süperuzay

    1-boyutta, 4-boyuttan farklı olarak yine boyut analizi kullanarak türeviçermeyen ayrı bir potansiyel teriminin (Φ3,Φ4 gibi) yazılamayacağıgörülür !

    Eger eylemde ikiden fazla türev içeren terimler istenmiyorsa eylem içinα bir sabit olmak üzere sadece TEK BİR ÇÖZÜM elde edilebilir.

    I = α

    ∫dtdθ

    (∂Φ

    ∂t

    ). (DΦ)

    Bu ifadede α = i/2 için

    I =i

    2

    ∫dtdθ

    (φ̇+ iθψ̇

    )(iψ − iθφ̇

    )= 0 +

    i

    2

    ∫dtdθ

    (−iθφ̇φ̇+ θψψ̇

    )+ 0

    =

    ∫dtdθ

    (1

    2θφ̇φ̇+

    i

    2ψψ̇

    )

    Bu ifade ise daha once superuzay tekniklerini kullanmadanbulduğumuz süpersimetrik eylemdir. Ancak görüldüğü gibisüperuzayda eylem çok daha basitçe elde edilebildi !

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 24 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süperuzay

    1-boyutta, 4-boyuttan farklı olarak yine boyut analizi kullanarak türeviçermeyen ayrı bir potansiyel teriminin (Φ3,Φ4 gibi) yazılamayacağıgörülür !

    Eger eylemde ikiden fazla türev içeren terimler istenmiyorsa eylem içinα bir sabit olmak üzere sadece TEK BİR ÇÖZÜM elde edilebilir.

    I = α

    ∫dtdθ

    (∂Φ

    ∂t

    ). (DΦ)

    Bu ifadede α = i/2 için

    I =i

    2

    ∫dtdθ

    (φ̇+ iθψ̇

    )(iψ − iθφ̇

    )= 0 +

    i

    2

    ∫dtdθ

    (−iθφ̇φ̇+ θψψ̇

    )+ 0

    =

    ∫dtdθ

    (1

    2θφ̇φ̇+

    i

    2ψψ̇

    )

    Bu ifade ise daha once superuzay tekniklerini kullanmadanbulduğumuz süpersimetrik eylemdir. Ancak görüldüğü gibisüperuzayda eylem çok daha basitçe elde edilebildi !

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 24 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süperuzay

    Genişletilmiş Süpersimetri

    Bir boyutta birden çok süpersimetri olduğunu düşünelim. Eğer N–tanesüpersimetri varsa her bir süpersimetriye karşılık bir süpersimetri üreteciolmalı : Q i , i = 1, 2, · · · ,N. Bu durumda

    δξφ = ξiQiφ = iN∑i=1

    ξiψi , δξψj = ξiQiψj = −ξj φ̇ (1)

    Elde edilir ve aşağıdaki eylem

    I =

    ∫dt

    (1

    2φ̇φ̇− i

    2

    N∑i=1

    ψi ψ̇i

    )(2)

    bu genişletilmiş süpersimetri altında değişmez kalır.

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 25 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süperuzay

    Ancak dikkat edilirse Q i üreteçleri bir skaler alandan N–tane fermiyonalanı ψi üretmekte yani model bu haliyle bir bozona karşılık N fermiyoniçermekte.N=2 durumunda süpersimetri cebirini inceleyelim. İki süpersimetriüretecinin komütatörü φ’ye etki ettiğinde N=1 durumunda olduğu gibiyine ötelemeler üzerine kapanır :

    [δξ, δη]φ = 2i(ξ1η1 + ξ2η2)φ̇

    Ancak, örneğin aynı işlemi ψ1’e uygularsak

    [δξ, δη]ψ1 = 2iξ1η1ψ̇1 + i(ξ1η2 + ξ2η1)ψ̇2 (3)

    elde edilir. Görüldüğü gibi cebrin sadece ötelemeler üzerine kapanmasınıistersek

    ψ̇2 = 0 (4)

    olmalıdır. Bu ise (2) ile verilen eylemden görülebileceği gibi ψ2 alanınınhareket denklemidir. Benzer ilişki ψ2 alanı için ψ̇1 = 0 şartı kullanılarakelde edilir.

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 26 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süperuzay

    Tanım : Eğer süpersimetri cebri sadece hareket denklemleri kullanılarakötelemeler üzerine kapanıyorsa, bu süpersimetri kabuk üstü (on-shell)süpersimetri olarak adlandırılır.Yukarıda verilen kabuk üstü süpersimetrik modelde iki fermiyon alanıψ1, ψ2 ve bir bozon alanı var. Her ne kadar hareket denklemleri yardımıylabir fermiyonik serbestlik derecesinden kurtularak fermiyon ve bozonsayılarının eşit olduğunu düşünebilirsek, eğer hareket denklemlerinikullanmadan süpersimetri cebirinin kapanmasını hem de fermiyon bozonsayılarını eşitlemek istersek, bir adet bozonik alanı teoriye sokmak zorundaolduğumuz görülür.

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 27 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süperuzay

    Bu amaçla bir bozonik alan F ’i modele eylem

    Ik =

    ∫dt

    (1

    2φ̇φ̇− i

    2ψi ψ̇i +

    1

    2F 2)

    (5)

    olacak şekilde ekleyelim. Dikkat edilirse, F için bir kinetik terimolmadığından, F ’nin hareket denklemi F = 0 şeklindedir. Yani denklemtürev içermeyen cebirsel bir denklemdir. Bu cins alanlar dış (auxiliary)alan olarak adlandırılır.ÖDEVYukarıdaki örnek bir (φ, ψ1) olan diğeri (ψ2,F ) olana iki ayrı çokludan eldeedilebilir.

    Bu iki çoklu için süpersimetri dönüşümlerini bulun.

    Her bir çoklu için ayrı ayrı eylemleri bulun ve bu iki eylemintoplamının Denk.(5)’i verdiğini gösterin.

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 28 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süperuzay

    Bir boyutta elde edilen N=2 süpersimetrik modeli doğrudan da inşa etmekmümkündür. N=1 durumunda olduğu gibi alanların boyutları incelenerekaşağıdaki dönüşümler yazılabilir :

    δφ = iξiψi , δψi = ξi φ̇+ αijξjF , δF = iξiβij ψ̇j (6)

    Burada α ve β gerçel (reel) matrislerdir. Komütatör cebri yazılırsa

    [δξ, δη]φ = 2iηiξi φ̇+ (iηi (αij + αji )ξjF )

    [δξ, δη]ψi = i(ηiξj − ξiηj)ψ̇j + iαijβkl(ηjξk − ξjηk)ψ̇l

    [δξ, δη]’nın ötelemeler üzerine kapanması için

    αij + αji = 0 , αijβjk = δik

    olması gerektiği bulunur.

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 29 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süperuzay

    ÖDEV:

    (5) ile verilen Ik eyleminin (??) dönüşümleri altında değişmezolduğunu gösterin.

    m alanların kütlesi ise

    Im = −m∫

    dt (Fφ+ iψ1ψ2)

    şeklinde bir kütle terimi yazılabileceğini gösterin.

    g bir etkileşme (çiftlenim–coupling) sabiti ise

    Ig = g

    ∫dt

    (1

    2Fφ2 + iψ1ψ2φ

    )şeklinde bir etkileşme terimi yazılabileceğini gösterin.

    I = Ik + Im + Ig ile verilen eylemde F dış alanını hareket denklemleriyardımı ile yok ederek kabuk-üstü eylemi bulun. Bu eyleminkabuk–üstü süpersimetri dönüşümleri altında değişmez kalacağınıgösterin.

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 30 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süperuzay

    ÖDEV:Bir boyutta N=2 süpersimetri dönüşümleri δξ = ξ1Q1 + ξ2Q2 şeklindeyazılabilir.

    Q =Q1 + iQ2√

    2, Q̄ =

    Q1 − iQ2√2

    , ψ =ψ1 + iψ2√

    2, ψ̄ =

    ψ1 − iψ2√2

    şeklinde yeni bir tanım yaparak,

    φ, ψ, ψ̄,F çoklusunun elemanlarının Q ve Q̄ dönüşümlerini yazın.

    Alanların ve parametrelerin boyut analizini kullanarak kinetik, kütle veetkileşme terimlerini içeren eylemin

    I =

    ∫dt[−(Q̄Q)2φ2 + Q̄Q

    (m2φ2 +

    g

    3!φ3)]

    şeklinde elde edilebileceğini gösterin.

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 31 / 32

  • 1-Boyutta Süpersimetri Süperuzay

    Kaynaklar :1-boyutta süpersimetri için anlatılanların hemen hemen tamamı için

    P. van Nieuwenhuizen ”Supersymmetry, Supergravity, Superspace andBRST Symmetry in a Simple Model” arXiv: hep-th/0408179

    4–boyut için standart kaynak :

    Wess and Bagger, ”Supersymmetry and Supergravity”, (1992).

    Görece daha yeni ve güncel kitaplar :

    Dine, ”SUPERSYMMETRY AND STRING THEORY Beyond theStandard Model” (2007).

    Terning, ”Modern Supersymmetry Dynamics and Duality” (2006).

    Güzel bir giriş kitabı :

    Aitchison, ”SUPERSYMMETRY IN PARTICLE PHYSICS – AnElementary Introduction” (2007).

    Kayhan ÜLKER (AbbasAğa) Süpersimetriye giriş UluYef’12 32 / 32

    SIMETRIKısa Tarih:

    SÜPERSIMETRI Kısa Tarih:Kısa tarih :Diger uygulamalar

    1-Boyutta SüpersimetriEylemSüpersimetri dönüsümleriSüpersimetri cebriKohomolojik yapıSüperuzay