Φ-映射拓撲流理論及其在物理前沿中的應用.pdf

1、本論文運用段一士教授提出的()-映射拓撲流理論，研究了鐵磁自旋三重態(tài)超導體，雙隙超導體，帶有兩個復標量場的Abelian Chern-Simons模型，膜世界宇宙弦模型，以及矢量場的定態(tài)分岔過程。 首先，利用()-映射拓撲流理論，我們得出了鐵磁自旋三重態(tài)超導體允許不穩(wěn)定的磁單極形成的結論。我們定義了一個磁單極的拓撲流，并證明了該拓撲流正是磁單極的粒子流，該拓撲流的非零值意味著磁單極的存在，而該拓撲流對應的守恒拓撲荷正是磁單極所對

2、應的磁荷。為了使無限體積的鐵磁自旋三重態(tài)超導體具有有限的能量，磁單極只能以單極反單極對的形式存在。在這樣的一對磁單極中，磁單極和反單極將被Dirac弦或者說是雙量子化渦旋連接。這樣的Dirac弦屬于SO(3)的第一同倫群中平凡的拓撲類。另外，我們還指出了()-映射的極限點和分岔點正是這些磁單極相互作用的時空點。 其次，我們導出了雙隙超導體中精確的修定London方程，并與其單隙對應方程進行了比較。我們證明了雙隙超導體中的渦旋為軟

3、核渦旋(或者叫連續(xù)核渦旋)。特別地，我們討論了有限能量渦旋(類-Abrikosov渦旋)的拓撲結構，并且發(fā)現(xiàn)它們可以被看成是baby skyrmion在第三個方向上延展的產物。另外，我們還指出在雙隙超導體中，扭結孤子是扭轉了的兩個周期端點光滑連接的類-Abrikosov渦旋。最后，我們簡要地討論了一下類-Abrikosov渦旋與磁單極的關系。 第三，我們引入了帶有兩個復標量場的Abelian Chern-Simons模型，并利用

4、()-映射拓撲流理論，討論了該模型中的自對偶渦旋。對于每一個標量場，我們解析地推導出了一個帶有拓撲項的精確的非平凡方程。這個拓撲項是在許多文獻中都被忽略了的。另外，我們也獲得了靠兩個標量場的拓撲項聯(lián)系它們本身的方程。我們計算了系統(tǒng)中渦旋的角動量，其結果正是單標量場渦旋的角動量的推廣。我們還計算了不同邊界條件下系統(tǒng)的磁通量。進一步地，我們簡要地討論了該模型中渦旋的演化過程。并且發(fā)現(xiàn)由于渦旋分子的存在，該模型中渦旋的細節(jié)演化過程，比對應的單

5、標量場模型中渦旋的演化過程復雜得多。 第四，利用()-映射拓撲流理論，我們從Abelian Higgs模型中得到了渦旋結構。從而為膜世界宇宙弦系統(tǒng)提供了一種有效的描述方式。這種描述方式的優(yōu)點是與系統(tǒng)的拓撲相聯(lián)系的物理量能夠被解析地表示出來，并且這些量之間的關系能夠被嚴格地證明。因此，對于描述宇宙弦拓撲性質的目的而言，這種描述是很重要的。另外，結合U(1)規(guī)范勢分解的結果，我們用不同的方法再次證實了以往文獻中的兩個結論。