Large N Reduction for Gauge Theories on 3-sphere

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1 伊敷吾郎 ( 大阪大学 & KEK) 以下の論文に基づく arxiv: [hep-th], Phys. Rev. D78:106001,2008. T.Ishii (Osaka U.), GI, S. Shimasaki (Osaka U.) and A. Tsuchiya (Shizuoka U.) arxiv: [hep-th], to appear in PRL. GI, S.W. Kim (CQUeST, Sogang U.), J. Nishimura (KEK) and A. Tsuchiya (Shizuoka U.) To appear in arxiv[hep-th] GI, K. Ohta (Tohoku U.), S. Shimasaki (Osaka U.) and A. Tsuchiya (Shizuoka U.)

2 YM on R d Large N reduction YM theory on R d is equivalent to its reduced model in the large N limit. 行列模型は より高次元の理論を記述し得る Reduced Model Matrix Models as Nonperturbative Formulation of Superstring IIB matrix model BFSS Matrix model Matrix string theory [Ishibashi-Kawai-Kitazawa-Tsuchiya] [Banks-Fischler-Shenker-Susskind] [Dijkgraaf-Verlinde-Verlinde] 行列模型は重力理論まで記述できるのか? ラージ N リダクションの概念を曲がった時空の場合に拡張ができるのか 我々は行列模型を用いた S 3 上のゲージ理論の記述を与えた

3 Matrix Models as a Nonperturbative Regularization of Field Theories 行列模型による正則化行列模型 N ( ラージNリダクション ) ラージN ゲージ理論 Cf.) 格子正則化格子 QCD 連続極限 QCD 行列模型はゲージ対称性やSUSYなど 多くの対称性を保つことができる SYMを非摂動的に記述できれば AdS/CFT 対応の研究などに応用できる 行列模型の数値的解析も可能 [Hanada-Nishimura-Takeuchi] U(1) D 対称性の破れなどによって モデルによっては連続理論を記述できない [Bhanot-Heller-Nouberger, Gross-Kitazawa, Gonzalez-Arroyo-Okawa] [Bringoltz-Sharpe, Teper-Vairinhos, Azeyanagi-Hanada-Hirata-Ishikawa]

4 [Ishii-GI-Shimasaki-Tsuchiya] S 3 上の理論の行列模型による記述を与えた Plane Wave 行列模型を用いて R S 3 上の planar N=4 SYM の非摂動的な正則化を与えた SYM における Circular Wilson loop の期待値 有限温度 弱結合極限での SYM の自由エネルギー を行列模型から再現した [GI-Kim-Nishimura-Tsuchiya] [cf. Kitazawa-Matsumoto] [GI-Ohta-Shimasaki-Tsuchiya] S 3 上の Chern-Simons 理論のラージ N リダクションを与えた CS の自由エネルギー Unknot Wilson loop の期待値を行列模型から再現した

5 1. Introduction & Motivation 2. Large N Reduction for Theories on S 3 3. Non-perturbative Reguralization of N=4 SYM on R S 3 4. Large N Reduced Model for Chern-Simons Theory on S 3 5. Summary & Outlook

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7 [Ishii-GI-Simasaki-Tsuchiya, GI-Shimasaki-Takayama-Tsuchiya ] 例 ) R S 3 上の N=4 SYM R S 3 上の N=4 SYM 局所的には S 3 ~ S 1 S 2 S 1 方向の次元簡約 R S 2 上の SYM (1) ラージ N リダクションの非自明な S 1 束への拡張 (S 1 を再現 ) S 2 方向の次元簡約 (2) 非可換球面の可換極限 (S 2 を再現 ) Plane wave 行列模型 (1) と (2) を組み合わせることにより S 3 上の理論が行列模型から実現される

8 [Eguchi-Kawai, Parisi, Gross-Kitazawa] 例 : R 上の 理論 Reduction N 個 は一様に分布 次の極限で reduced model は元の理論の planar 極限を再現する

9 j i k planar 場の理論を再現 Non-planar は場の理論には対応しないが planar と比べて で無視できる P との交換子は連続的な運動量 ( 微分 ) と見なせる S 1 上のラージ N リダクション [cf. Kawai-Sato] 固有値は離散的 S 1 上の運動量を再現 Non-planar の寄与を落とすために必要

10 R S 2 上の SYM には がモノポール解として存在 古典解 Dirac monopole on on このモノポール解周りの R S 2 上の SYM 理論 R S 3 上の N=4 SYM 理論 Large N reduction

11 行列模型 正方形行列 非可換球面の可換極限 S 2 上の場の理論 球面上の場 (global な関数 ) 長方形行列 モノポール背景中の場 (local section) Fuzzy spherical harmonics Monopole spherical harmonics

12 U(1) monopole bundle の local section の基底 角運動量に下限 はモノポールが原点にある場合の角運動量演算子 Patch によって形が異なる

13 [Grosse et al, Baez et al, Dasgupta et al] 下限 UV Cutoff 長方形行列の基底

14 この極限で 磁荷 q の monopole harmonics に map できる =

15 非可換球面解で可約表現のものを考える 長方形 は固定 この解周りの PWMM は可換極限で磁荷 周りの R S 2 上の SYM と等価である を持ったモノポール解の

16 continuum limit (S 2 ) (S 1 ) この古典解周りの行列模型は R S 3 上の N=4 SYM の planar 極限を再現する 本研究では 演算子の期待値の計算などからこの正則化の有効性を確かめた [Ishii-GI-Shimasaki-Tsuchiya, Kitazawa-Matsumoto]

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18 次元簡約 R S 3 上の SYM Planar 極限 ( モノポール解周りの ) R S 2 上の SYM ラージ N リダクション非自明な U(1) 束への拡張 massive な理論であり quench が必要ない PWMM の持つ対称性ゲージ対称性 SU(2 4) 対称性 (16 susy) をあらわに保つ PWMM の行列サイズ ~UV カットオフ 次元簡約 非可換球面の構成 超共形対称性 SU(2,2 4) は連続極限で回復するのか? Plane wave 行列模型 UV/IR mixing 等の非可換性は連続極限で消えているか?

19 有限温度での AdS/CFT [Witten] S 1 S 3 上の N=4 SYM (planar limit, 強結合 ) Type IIB SUGRA Deconfinement transition Hawking-Page transition 弱結合極限における N=4 SYM の相転移 [Sundborg, Aharony-Marsano-Minwalla- Papadodimas-Raamsdonk]

20 PWMM において N=4 SYM を実現する古典解の周りで展開 S 1 方向のゲージ場が対角的で 定数のゲージをとる Moduli (holonomy) ゲージ場の moduli 以外を 1-loop 近似で積分する 1-loop 有効作用 [cf. Kawahara-Nishimura-Yoshida] の積分をモンテカルロ法を用いて数値的に行った

21 臨界温度は解析的に導くことができ SYM の臨界温度と完全に一致する 高温極限での T 4 の振る舞いも再現することができる [Kitazawa-Matsumoto] R S 2 上の SYM や R S 3 /Z k 上の SYM に対しても自由エネルギーを再現できる

22 [Ishii-GI-Shimasaki-Ohta-Tsuchiya] 非可換平面上のウィルソンループ [Ishibashi-Iso-Kawai-Kitazawa] 本研究では 連続極限で S 3 上のウィルソンループ演算子に帰着するような行列模型の演算子を構成した 連続極限 : S 3 上の right-invariant 1-form

23 ラダー近似で計算 [cf. Erickson-Semenoff-Zarembo] t Hooft coupling についての摂動の all order での計算 [Erickson-Semenoff-Zarembo, Drukker-Gross] N=4 SYM における よく知られた結果を再現した 今後 ラダー近似の妥当性を検証する必要がある 自由エネルギー ウィルソンループともに N=4 SYM の結果を再現できた

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25 [Ishii-Ishiki-Shimasaki-Ohta-Tsuchiya] [Ishiki-Ohta- Shimasaki-Tsuchiya] S 3 /Z k 上の Chern-Simons 理論 ラージ N リダクション ( 又は matrix T-duality) の非自明な U(1) 束への拡張 [Ishiki-Ohta- Shimasaki-Tsuchiya] S 2 上の BF 理論 ( 二次元 Yang-Mills 理論 ) [Shimasaki s Poster ] 非可換球面の構成 N=1* 行列模型

26 と場を再定義する を対角化するゲージをとる と を先に積分する S 3 上の Chern-Simons 理論を記述する部分を抜き出す必要がある

27 : SU(2) の M 次元表現 によって指定される は既約表現を指定 は重複度 S 3 を実現する表現 この分配関数で記述される理論は, で S 3 上のラージ N の Chern-Simons 理論を記述していると期待できる

28 一方 S 3 上の Chern-Simons 理論では ただしここで

29 S 3 大円 一方 S 3 上の Chern-Simons 理論において シューア関数

30 ラージ N リダクションの非自明な S 1 束への拡張と 非可換球面の構成を組み合わせることで S 3 上の理論のラージ N 極限が記述できる これを用いて R S 3 上の planar N=4 SYM 理論を PWMM によって正則化した この正則化は ゲージ対称性と SU(2 4) (16 susy) を保っている circular Wilson loop の期待値と 有限温度での自由エネルギーを導いた S 3 上のラージ N Chern-Simons 理論を記述する模型を与えた 自由エネルギーと Wilson loop の値を正確に計算することができた S3 以外の空間を行列模型で記述できるか 行列模型による正則化をもちいたN=4 SYMの強結合領域の解析ゲージ理論からHawking-Page 相転移が見られるのか? Chern-Simons 理論における様々な経路のウィルソンループ

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