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双荷Chern-Simons-Higgs涡旋方程组及相关问题研究

批准号:
12071111
项目类别:
面上项目
资助金额:
51.0 万元
负责人:
韩小森
依托单位:
学科分类:
椭圆与抛物型方程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
韩小森

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
Chern-Simons理论是量子场论的一个重要分支,该理论在量子霍尔效应、超导等领域有广泛应用.在该理论中出现了一系列具有丰富数学结构和挑战性的非线性偏微分方程问题.本项目中将对若干Chern-Simons-Higgs方程构组建立双荷(电荷与磁荷)涡旋解的存在性理论.主要包括:(1)对阿贝尔型Chern-Simons-Higgs模型的运动方程及相关问题,建立在全平面以及在紧区域上双荷涡旋解的存在性.(2)对BPS型非阿贝尔Chern-Simons-Higgs涡旋方程组:建立SU(N)(N>6)及一般情形双周期解多解的存在性结果;建立耦合矩阵阶数大于3的情形全平面上非拓扑解的存在性;建立耦合矩阵为一辛矩阵情形时全平面上非径向非拓扑解及双周期区域上解的存在性理论.解决这些问题将为彻底了解Chern-Simons-Higgs模型的双荷涡旋解建立坚实的数学基础,将促进新数学思想方法的产生.
英文摘要
Chern-Simons theory is an important branch of quantum field theory,and it is widely used in the areas such as quantum Hall effects, superconductivity,etc. In this theory there are a series of differential equations which admit colorful mathematical structures and challenges.In this project we will construct dually charged (electric and magnetic charge) vortex solutions for some Chern-Simons-Higgs equations.It mainly contains:(1)Construct dually charged vortex solutions over the full plane and the compact domain for the equations of motion for Abelian Chern-Simons-Higgs model.(2)For BPS type non-Abelian Chern-Simons-Higgs vortex system,establish the multiple existence of doubly periodic solutions for the SU(N)(N>6) and general case;Construct the existence of non-topological solutions over the full plane when the rank of coupling matrix is bigger than 3;Establish the existence of non-radially non-topological solutions and doubly periodic solutions as the coupling matrix is a sympletic one.It will lay a solidly mathematical foundation for fully understanding the dually charged vortex solutions of Chern-Simons-Higgs model and promote the generation of new mathematical ideas by solving these problems.
Chern-Simons理论是量子场论的一个重要分支,在基本粒子物理、量子霍尔效应超导等领域有重要应用。Chern-Simons理论的研究中出现了一系列具有丰富数学结构和挑战性的非线性偏微分方程问题。对Chern-Simons-Higgs模型一个重要并且有兴趣的问题是构造双荷涡旋解,包括建立在全平面上解的存在性和在紧闭曲面上解的存在性和相关性质分析。通过本项目研究,建立了一类Chern-Simons-Higgs方程径向对称解的存在性,分析了拓扑解与非拓扑解的渐近行为,并精确计算了磁通量、能量表达式等,研究了一类带引力的Chern-Simons方程的拓扑解和非拓扑解,证明了Chern-Simons方程可视为Taubes方程在Baptista度量下的几何重构并分析其奇异性,系统分类了高阶涡旋方程,解决了Chern-Simons等方程的可积性。利用指标定理计算非阿贝尔涡旋模空间维数,通过弦理论导出Collie-Tong有效拉氏量,研究了Yang-Mills-Chern-Simons-Higgs理论中非阿贝尔涡旋模空间的维数,这些结果为高维规范场解的分类与物理性质提供了数学基础。对相关的非线性Sigma模型,Skyrme 模型的静态解等问题也取得了丰富的结果。研究了近似BPS极限下的baby Skyrme模型、最一般形式的非线性Sigma模型、Skyrme模型的近似BPS极限以及带有一个介子质量的标准Skyrme模型的静态解等,通过数值计算和解析方法,揭示了这些模型的物理性质和解的特性,利用Hilbert级数方法与O(N)非线性Sigma模型的高阶Lagrange量的显式构造进行了比较,为Hilbert级数猜想提供了证据,讨论了具有动态Higgs粒子的电弱Skyrmion,并找到了各种截断尺度的数值解,推广了Skyrme模型的量子化框架,研究了Magnetic Skyrmions的存在性、稳定性等。这些问题从数学形式上主要可以归结为非线性椭圆方程或方程组(包括常微分方程组)进行研究。解决这些问题对Chern-Simons-Higgs理论研究和相关的量子场方程的数学研究提供了严格的理论支持,所发展的思想方法为数学与理论物理交叉领域提供了新的框架,进一步丰富完善了相关非线性偏微分方程理论。
第十一届全国数学文化论坛
  • 批准号:
    12226505
  • 项目类别:
    数学天元基金项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    韩小森
  • 依托单位:
量子场论中的非线性偏微分方程问题
  • 批准号:
    11671120
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    韩小森
  • 依托单位:
两类出现于场论中的非线性偏微分方程解的存在性及相关性质
  • 批准号:
    11201118
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    韩小森
  • 依托单位:
几类非线性发展方程解的整体存在性,爆破和大时间性态
  • 批准号:
    11026077
  • 项目类别:
    数学天元基金项目
  • 资助金额:
    3.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    韩小森
  • 依托单位:
国内基金
海外基金