Кіріспе
Физикада, торлы өлшеу теориясы – кеңістік-уақыт дискреттік торға бөлінген өлшеу теорияларын зерттеу. Өлшеу теориялары бөлшектер физикасында маңызды және элементар бөлшектердің негізгі теорияларын қамтиды: кванттық электродинамика, кванттық хромодинамика (QCD) және бөлшектер физикасының Стандартты моделі. Үзіліссіз кеңістіктегі бұзылмаған өлшеу теориясы есептеулері формальды түрде шексіз өлшемді жол интегралын бағалауды қамтиды, оны есептеу арқылы шешу мүмкін емес. Дискретті кеңістікте жұмыс істеу арқылы жол интегралы шекті өлшемге ие болады және Монте-Карло әдісі сияқты стохастикалық модельдеу техникаларымен есептелуі мүмкін. Егер тордың мөлшері шексіз үлкен болса және оның түйіндері бір-біріне тым жақын болса, онда үздіріссіз өлшеу теориясы қалпына келтіріледі.
In physics, lattice gauge theory is the study of gauge theories on a spacetime that has been discretized into a lattice. Gauge theories are important in particle physics, and include the prevailing theories of elementary particles: quantum electrodynamics, quantum chromodynamics (QCD) and particle physics' Standard Model. Non perturbative gauge theory calculations in continuous spacetime formally involve evaluating an infinite dimensional path integral, which is computationally intractable. By working on a discrete spacetime, the path integral becomes finite dimensional, and can be evaluated by stochastic simulation techniques such as the Monte Carlo method. When the size of the lattice is taken infinitely large and its sites infinitesimally close to each other, the continuum gauge theory is recovered.
Негізгі білім
Желілік өлшегіш теориясында кеңістік-уақыт Уик айналымы арқылы евклидтік кеңістікке түрлендіріледі және қашықтықпен бөлінген және байланыстармен қосылған түйіндері бар торға дискреттеуге жатады. Көбінесе қарастырылатын жағдайларда, мысалы, торлы QCD-де, фермиондық өрістер тор түйіндерінде анықталады (бұл фермиондық екі еселеуге алып келеді), ал өлшегіш өрістер байланыстарда анықталады. Яғни, әр байланысқа компактты Лай тобының U элементі (алгебра емес) тағайындалады. Сондықтан, SU(3) Лай тобын қолдана отырып QCD-ні модельдеу үшін, әр байланыста 3×3 бірлік матрица анықталады. Байланысқа бағыт беріледі, ал кері элемент сол байланыстың қарама-қарсы бағыттағы сәйкес элементі болып табылады. Әр түйінге (SU(3) фундаментальдық өкілдігі әрекет ететін түсті 3-вектор, биспинор (Дирак 4-спиноры), nf вектор және Грассман айнымалысы) мән беріледі. Осылайша, жол бойындағы SU(3) элементтерінің композициясы (яғни олардың матрицаларының реттелген көбейтілісі) жол бойынша реттелген экспонентаға (геометриялық интегралға) жуықтап келеді, одан жабық жолдар үшін Вильсон циклдарының мәндерін есептеуге болады.
Янг-Миллс іс-әрекеті
Янг-Миллс әрекеті торға Вильсон циклдары (Кеннет Г. Вильсонның есімімен аталған) арқылы жазылады, сондықтан шек, формальды түрде бастапқы континуум әрекетін қайта жасайды. Бөлшектердің массасы сияқты шамалар Монте-Карло әдісі сияқты техникаларды қолдана отырып, стохастикалық түрде есептеледі. Өлшегіш өрістің конфигурациялары ықтималдықтармен пропорционалды түрде жасалады, мұнда – тор әрекеті және – тор арақашықтығымен байланысты. Әр конфигурация үшін қызығушылық тудыратын шама есептеліп, орташа мәні алынады. Нәтиже континуумға экстраполяциялау үшін есептеулер көбінесе әртүрлі тор аралықтарында қайталанады. Мұндай есептеулер өте көп есептеу ресурстарын қажет етеді және қол жетімді ең үлкен суперкомпьютерлерді пайдалануды талап ете алады. Есептеу жүктемесін азайту үшін, фермиондық өрістерді динамикалық емес, "мұздатылған" айнымалылар ретінде қарастыратын, сөндірілген жуықтау қолданылуы мүмкін. Бұл ерте QCD тор есептеулерінде кең таралған болса да, қазір "динамикалық" фермиондар стандартқа айналды. Бұл симуляциялар көбінесе молекулалық динамика немесе микроканондық ансамбль алгоритмдеріне негізделген алгоритмдерді пайдаланады. Тор QCD есептеулерінің нәтижелері, мысалы, мезонда тек бөлшектер (кварктар және антикварктар) ғана емес, сонымен қатар глюондық өрістердің "флюкстубулары" да маңызды екенін көрсетеді.
Such calculations are often extremely computationally intensive, and can require the use of the largest available supercomputers. To reduce the computational burden, the so called quenched approximation can be used, in which the fermionic fields are treated as non dynamic "frozen" variables. While this was common in early lattice QCD calculations, "dynamical" fermions are now standard. These simulations typically utilize algorithms based upon molecular dynamics or microcanonical ensemble algorithms. The results of lattice QCD computations show e. g. that in a meson not only the particles (quarks and antiquarks), but also the "fluxtubes" of the gluon fields are important.
Кванттық қарапайымдық
Торлық өлшем теориясы кванттық тривиалдықты зерттеу үшін де маңызды. RG ағынындағы ең маңызды ақпарат – тұрақты нүктелер деп аталатын нәрселер. Жүйенің үлкен масштабтағы ықтимал макроскопиялық күйлері осы тұрақты нүктелер жиынтығымен анықталады. Егер осы тұрақты нүктелер еркін өріс теориясына сәйкес келсе, теория тривиальді немесе өзара әрекеттеспейтін болып саналады. Торлық Хиггс теориясын зерттеуде көптеген тұрақты нүктелер кездеседі, бірақ олармен байланысты кванттық өріс теорияларының мәні әлі де ашық мәселе болып қала береді. Тривиалдық әлі қатаң түрде дәлелденбеген, бірақ торлық есептеулер оны қуатты түрде қолдайды. Бұл факт маңызды, себебі кванттық тривиалдықты Хиггс бозонының массасы сияқты параметрлерді шектеуге немесе тіпті болжауға пайдалануға болады.
Басқа қолданбалар
Бастапқыда, 1971 жылы екі өлшемді торлық өлшегіш теориялары фазалық өтулер саласында жұмыс істеген теоретик Франц Вегнердің қызықты статистикалық қасиеттері бар модельдер ретінде енгізілген болатын. Әрекетте тек 1×1 Вильсон циклдары болған жағдайда, торлық өлшегіш теориясы айналу көбік модельдерімен дәл дуалды екені көрсетіледі.