- Mathematical Methods for Physics
- Summary
Course Syllabus
Obiettivi
Teorie dei gruppi e delle rappresentazioni e le loro applicazioni alla fisica teorica.
Contenuti sintetici
Gruppi finiti, gruppi di Lie e le loro rappresentazioni.
Programma esteso
Queste lezioni sono organizzate in quattro parti principali:
-
Introduzione ai gruppi
Definizioni di gruppo e sottogruppo, gruppi di permutazioni, laterali, teorema di Lagrange, isomorfismi, il gruppo diedrale, classi di coniugio, sottogruppi normali e gruppi quoziente, la classificazione dei gruppi di ordine piccolo, il primo teorema di isomorfismo, azioni di gruppo e il teorema orbita-stabilizzatore, teorema di Cayley. -
Teoria delle rappresentazioni dei gruppi finiti
Riducibilità completa e Lemma di Schur, prodotti interni e rappresentazioni unitarie, caratteri e loro proprietà, prodotti tensoriali e rappresentazioni duali, applicazioni alla meccanica quantistica. -
Gruppi di Lie matriciali, algebre di Lie e loro rappresentazioni
Gruppi di Lie matriciali, algebre di Lie, relazioni tra gruppi di Lie e algebre di Lie, la complessificazione di un'algebra di Lie reale. Esempi di rappresentazioni di sl(2,C) e sl(3,C): le rappresentazioni irriducibili di SU(2) e SO(3), il teorema del peso massimo. Caso generale di sl(n,C): formule di Weyl per il carattere e la dimensione, caratteri, decomposizioni di prodotti tensoriali e regole di diramazione. -
Teoria generale delle algebre di Lie semisemplici
Sottoalgebre di Cartan, radici e spazi dei pesi, il gruppo di Weyl, sistemi di radici e loro proprietà, sistemi di radici espliciti delle algebre di Lie classiche, diagrammi di Dynkin, la classificazione di Cartan delle algebre di Lie semplici.
Prerequisiti
I corsi del triennio.
Modalità didattica
Lezione frontale (6 CFU). Questo insegnamento sara’ tenuto in inglese.
Materiale didattico
Seguiamo da vicino le seguenti dispense: https://bit.ly/mibgrouprep
Gruppi finiti:
- A. F. Beardon, Algebra and Geometry. Cambridge University Press, 2005.
- M. Artin, Algebra. Prentice Hall, 1991.
- T. W. Körner, Groups and geometry. https://www.dpmms.cam.ac.uk/~twk10/Alg.pdf
Teoria delle rappresentazioni, gruppi di Lie e algebre di Lie:
- W. Fulton and J. Harris, Representation theory : a first course. Graduate Texts in
Mathematics, January 1991, Springer New York, NY, 1991. - G. James and M. Liebeck, Representations and Characters of Groups. Cambridge
University Press, 2 ed., 2001. - B. C. Hall, Lie Groups, Lie Algebras, and Representations. Graduate Texts in
Mathematics, January 2015, Springer Cham, 2015.
Applicazioni alla fisica teorica:
- L. Landau and E. Lifshitz, Quantum Mechanics: Non-Relativistic Theory. Course of
theoretical physics. Butterworth-Heinemann, 1981. - A. Zee, Quantum Field Theory in a Nutshell: Second Edition. Princeton University
Press, 2, 2010.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Primo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Esame orale. Domande aperte su tutti i contenuti del corso svolti a lezione.
Orario di ricevimento
Su appuntamento, scrivendo un e-mail a n.mekareeya@gmail.com
Sustainable Development Goals
Aims
Group and representation theories and their applications to theoretical physics.
Contents
Finite groups, matrix Lie groups, and their representations.
Detailed program
These lectures are organised into four main parts:
-
An introduction to groups
Definitions of groups and subgroups, permutation groups, cosets, Lagrange's theorem, isomorphisms, the dihedral group, conjugacy classes, normal subgroups and quotient groups, the classification of groups of small order, the first isomorphism theorem, group actions and the orbit-stabiliser theorem, Cayley's theorem. -
The representation theory of finite groups
Complete reducibility and Schur’s Lemma, inner products and unitary representations, characters and their properties, tensor products and dual representations, applications to quantum mechanics. -
Matrix Lie groups, Lie algebras, and their representations
Matrix Lie groups, Lie algebras, relationships between Lie groups and Lie algebras, the complexification of a real Lie algebra. Examples of the representations of sl(2,C) and sl(3,C): the irreducible representations of SU(2) and SO(3), the theorem of the highest weight for sl(3,C). General sl(n,C): the Weyl character and dimension formulae, characters, tensor product decompositions and branching rules. -
The general theory of semisimple Lie algebras
Cartan subalgebras, roots and weight spaces, the Weyl group, root systems and their properties, explicit root systems of the classical Lie algebras, Dynkin diagrams, the Cartan classification of simple Lie algebras.
Prerequisites
Undergraduate degree in maths or physics.
Teaching form
Lessons (6 CFU), This course will be taught in English.
Textbook and teaching resource
We follow closely the following lecture notes: https://bit.ly/mibgrouprep
Finite groups:
- A. F. Beardon, Algebra and Geometry. Cambridge University Press, 2005.
- M. Artin, Algebra. Prentice Hall, 1991.
- T. W. Körner, Groups and geometry. https://www.dpmms.cam.ac.uk/~twk10/Alg.pdf
Representation theory, Lie groups and Lie algebras:
- W. Fulton and J. Harris, Representation theory : a first course. Graduate Texts in
Mathematics, January 1991, Springer New York, NY, 1991. - G. James and M. Liebeck, Representations and Characters of Groups. Cambridge
University Press, 2 ed., 2001. - B. C. Hall, Lie Groups, Lie Algebras, and Representations. Graduate Texts in
Mathematics, January 2015, Springer Cham, 2015.
Applications to theoretical physics:
- L. Landau and E. Lifshitz, Quantum Mechanics: Non-Relativistic Theory. Course of
theoretical physics. Butterworth-Heinemann, 1981. - A. Zee, Quantum Field Theory in a Nutshell: Second Edition. Princeton University
Press, 2, 2010.
Semester
First semester
Assessment method
Oral exam. Open questions on all course's topics covered during the lectures.
Office hours
By appointment, by sending an e-mail to n.mekareeya@gmail.com
Sustainable Development Goals
Key information
Staff
-
Noppadol Mekareeya