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=== Assistant: とても深いテーマです。 === とても深いテーマです。 Parisiによる'''レプリカ対称性の破れ(Replica Symmetry Breaking: RSB)'''と、'''超対称性(SUSY)'''の破れとの関係は、統計物理・確率解析・幾何学的構造の接点にあります。 以下で、体系的に整理して説明します。 ==== スピングラス(特にSherrington–Kirkpatrick模型, SK模型)は、相互作用 JijJ_{ij}Jij がランダムな符号を持つイジング模型: ==== H=−∑i<jJijsisjH = -\sum_{i<j} J_{ij} s_i s_jH=−i<j∑Jijsisj を考えます。ここで Jij∼N(0,1/N)J_{ij} \sim \mathcal{N}(0, 1/N)Jij∼N(0,1/N) です。 平均自由エネルギー lnZ‾=ln∑{si}e−βH‾\overline{ \ln Z } = \overline{ \ln \sum_{\{s_i\}} e^{-\beta H}}lnZ=ln{si}∑e−βH の disorder 平均を直接とるのが難しいため、Parisi らは次のような「レプリカトリック」を導入します: lnZ‾=limn→0Zn‾−1n\overline{ \ln Z } = \lim_{n \to 0} \frac{\overline{Z^n} - 1}{n}lnZ=n→0limnZn−1 ここで整数 nnn 個の「レプリカ」系を考えると、'''レプリカ対称性(RS)'''は「全レプリカが等価である」という仮定に相当します。 ==== Parisiは、低温相でこの対称性が壊れることを発見しました。 ==== すなわち、レプリカ間の重なり(overlap) qab=1N∑isi(a)si(b)q_{ab} = \frac{1}{N} \sum_i s_i^{(a)} s_i^{(b)}qab=N1i∑si(a)si(b) が、単一値ではなく階層構造を持つこと(例:1-step RSB, full RSB)を示しました。 この階層的構造が、エネルギーランドスケープの'''指数的に多い局所極小(メタ安定状態)'''を反映しています。 ==== ここからが本題です。 ==== 確率場の定式化(特にLangevin力学やMartin–Siggia–Rose (MSR)形式)では、確率過程を経路積分として書くと、自然にBRST型超対称性が現れます。 たとえば、確率過程: x˙i=−∂V(x)∂xi+ηi(t)\dot{x}_i = -\frac{\partial V(x)}{\partial x_i} + \eta_i(t)x˙i=−∂xi∂V(x)+ηi(t) を経路積分化すると、ゴースト場 ψ,ψˉ\psi, \bar{\psi}ψ,ψˉ を導入して次のような作用が得られます: S[x,ψ,ψˉ]=∫dt[12(x˙+∇V)2+ψˉ∇2Vψ]S[x,\psi,\bar{\psi}] = \int dt \left[ \frac{1}{2}(\dot{x} + \nabla V)^2 + \bar{\psi} \nabla^2 V \psi \right]S[x,ψ,ψˉ]=∫dt[21(x˙+∇V)2+ψˉ∇2Vψ] この理論はBRST型の超対称性(SUSY)を持ちます。 この対称性が保たれている限り、'''力学的安定性(ゆらぎの消失)'''が保証されます。 ==== C. De Dominicis, T. Sompolinsky, M. Mézard, G. Parisi らの1980年代の研究によって、次の対応が明らかになりました: ==== | | | | --- | --- | | | | | | | 直感的に言うと: * RS相では、エネルギーランドスケープは「単一の谷」で、ゆらぎがガウス的でSUSYが保たれる。 * RSB相では、指数的に多くの局所谷が生じ、確率過程のBRST対称性が破れ、スーパーパートナーの期待値がゼロでなくなる(= SUSY破れ)。 これを「SUSY ⇔ landscapeの単連結性」と見ることもできます。 ==== SUSYが破れると、Witten指数(ボソン−フェルミオンの零モード差) ==== Δ=Tr(−1)Fe−βH\Delta = \mathrm{Tr}(-1)^F e^{-\beta H}Δ=Tr(−1)Fe−βH が非零となり、ゼロモード(鞍点・遷移状態)が非対称に存在することを意味します。 スピングラスではこの「零モードの非対称性」が、RSB階層構造の出現に対応します。 * SUSY保持:局所安定点の間に平衡が成立。 * SUSY破れ:指数的に多くの準安定状態が生成(complex landscape)。 ==== ランダムポテンシャル V(x)V(x)V(x) をもつ系のpartition function: ==== Z=∫dx e−βV(x)Z = \int dx\, e^{-\beta V(x)}Z=∫dxe−βV(x) に対して、disorder平均を取ると「有効場」理論が生まれます。このとき導入されるフェルミオン的補助場は、BRST型SUSY構造を持ちます。 Parisi–Sourlas (1979) は、この構造を用いて「ランダム場理論がより低次元の超対称場理論に射影される」ことを示しました(次元還元現象)。 しかし、このSUSYが破れると、次元還元が成り立たなくなります。 実際、スピングラスのRSB相では次元還元が破綻します。 ==== - G. Parisi, “Order Parameter for Spin-Glasses,” Phys. Rev. Lett. 50 (1979) 1946. ==== * C. De Dominicis and I. Kondor, “Dynamics and Symmetries of Spin Glasses,” J. Phys. Lett. 45 (1984) L205. * G. Parisi and N. Sourlas, “Supersymmetric field theories and stochastic differential equations,” Nucl. Phys. B206 (1982) 321. * M. Mézard, G. Parisi, M.A. Virasoro, Spin Glass Theory and Beyond (World Scientific, 1987). * A. Annibale, A. Cavagna, “Supersymmetry breaking in random matrix models,” J. Phys. A 36 (2003) 10937. ==== | | | | ==== | --- | --- | --- | | | | | | | | | | | | | もしご希望あれば: * Langevin形式でのSUSY生成子(Q, \bar{Q})の明示的構築 * Parisi–Sourlasの「次元還元とSUSY破れ」部分の数式展開 * RSB階層構造とSUSYゼロモードの多重度の具体的対応表 など、より技術的に掘り下げた説明も可能です。どの部分を深く見たいですか?
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