Аннотация:
Дан обзор недавнего прогресса в построении $4D$, $\mathcal{N}=2$ суперсимметричной теории целочисленных высших суперспинов вне массовой поверхности на языке аналитических гармонических суперполей без связей и их кубических взаимодействий с гипермультиплетами материи. Для четных суперспинов представлено новое эквивалентное описание связей с гипермультиплетами в терминах аналитических $\omega$-суперполей. Оно включает как кубические, так и четвертичные вершины.
В течение последних десятилетий суперсимметричные теории высших спинов привлекают повышенное внимание (см., например, [1]–[6] и приведенные там ссылки). Одна из основных причин интереса к ним состоит в том, что они могут рассматриваться как “мост” между теорией суперструн и низкоэнергетическими (супер)калибровочными теориями.
Свободные безмассовые теории бозонных и фермионных полей высших спинов были впервые сформулированы в работах [7], [8]. Компонентный подход к описанию свободных $\mathcal{N}=1$ суперсимметричных четырехмерных моделей безмассовых высших спинов был инициирован в работах [9], [10]. Естественное описание суперсимметричных теорий основано на суперполевых методах вне массовой поверхности. Суперполевой подход обеспечивает явную реализацию суперсимметрии на супермультиплетах вне массовой поверхности, с правильными наборами вспомогательных полей. Предпочтительны (особенно в квантовой области) формулировки в терминах суперполей, не подверженных внешним связям. Законченная лагранжева формулировка вне массовой поверхности $\mathcal{N}=1$ суперсимметричных четырехмерных моделей свободных высших спинов (включая модели на плоском и AdS фонах) в терминах $\mathcal{N}=1$ суперполей была развита много лет назад в серии работ [11], [12] (см. также работы [13], [14], где, в частности, более детально обсуждаются соответствующие компонентные лагранжианы вне и на массовой поверхности).
В течение длительного времени суперполевые лагранжевы формулировки для теорий высших спинов с расширенными суперсимметриями, реализованными явно и вне массовой поверхности, были неизвестны даже в свободном случае. Эта лакуна была недавно заполнена в работе [15], где впервые была построена явно $\mathcal{N}=2$ суперсимметричная формулировка без связей для $4D$, $\mathcal{N}=2$ суперрасширения теории Фронсдала для целых спинов, на основе подхода гармонических суперпространств [16], [17]. Позже в работе [18] было построено явно $\mathcal{N}=2$ суперсимметричное кубичное взаимодействие $4D$, $\mathcal{N}=2$ калибровочных суперполей высших спинов с гипермультиплетами (см. краткий обзор в [19]). Более детальный анализ этой теории, включая ее компонентную структуру, был предпринят в недавней работе [20].
Работы [15], [18] [20] открыли новую многообещающую область применения гармонических методов, на этот раз в теории высших спинов. Настоящая статья представляет собой краткий обзор основных идей и результатов этого подхода. Новый момент состоит в переформулировке связей гипермультиплета с $\mathcal{N}=2$ мультиплетами высших спинов для четных значений суперспина на языке так называемого $\omega$-представления для аналитических суперполей гипермультиплета (раздел 4).
2. Гармоническое суперпространство
В настоящее время для четырех измерений самосогласованным суперполевым формализмом вне массовой поверхности для $\mathcal{N}=2$ и $\mathcal{N}=3$ суперсимметричных теорий является подход гармонического суперпространства [17].
Гармоническое $\mathcal{N}=2$ суперпространство параметризуется следующим набором координат:
Мы включили в эти выражения частные производные по дополнительной координате $x^5$, которая необходима для описания линеаризованных $\mathcal{N}=2$ калибровочных теорий высших спинов и массивных гипермультиплетов. В дальнейшем предполагается, что ни $\mathcal{N}=2$ калибровочные суперполя высших спинов, ни соответствующие калибровочные параметры не зависят от этой координаты. По отношению к $\mathcal{N}=2$ суперсимметрии координата $x^5$ в аналитическом базисе преобразуется по правилу
и, таким образом, соответствующее расширение аналитического подпространства (2.2), т. е. $(\zeta_A, x^5)$, остается замкнутым относительно $\mathcal{N}=2$ суперсимметрии. “Укороченность” ковариантных производных $D^+_{\alpha}$, $\bar{D}^+_{\dot\alpha}$ в аналитическом базисе отражает независимость аналитических суперполей от координат $\theta^{-\alpha}$, $\bar\theta^{-\dot\alpha}$ в этом базисе. Также эти спинорные производные коммутируют с гармонической производной $\mathcal{D}^{++}$, из чего следует, что последняя сохраняет $\mathcal{N}=2$ гармоническую аналитичность.
2.1. $\mathcal{N}=2$ спин 1
Простейший пример теорий $\mathcal{N}=2$ спинов – абелева $\mathcal{N}=2$ калибровочная теория с аналитическим калибровочным потенциалом $V^{++}(\zeta_A)$ в качестве основного объекта:
четырехмерные поля $\phi$, $\bar\phi$, $A_{\alpha\dot\alpha}$, $\psi_\alpha^i$, $\bar\psi_{\dot\alpha}^i$, $D^{(ik)}$ образуют абелев калибровочный $\mathcal{N}\!=2$ мультиплет ($8 + 8$ степеней свободы вне массовой поверхности).
– мера интегрирования по полному гармоническому суперпространству, при этом $[du]$ обозначает интегрирование по гармоникам. Вторая (неаналитическая) гармоническая связность $V^{--}$ выражается с точностью до калибровочной свободы с аналитическим калибровочным параметром через $V^{++}(\zeta_A)$ из условия гармонической нулевой кривизны в (2.8). Выражение для $V^{--}$ может быть получено либо решением условия гармонической нулевой кривизны с помощью гармонических распределений (см. книгу [17]), либо прямым вычислением в гармоническом формализме с использованием выражения Весса–Зумино для $V^{++}$.
где многоточием обозначены вспомогательные поля1[x]1Полная калибровка Весса–Зумино приведена в работе [15].. Остаточная калибровочная свобода в калибровке Весса–Зумино определяется преобразованиями2[x]2Спинорные индексы поднимаются и опускаются стандартным образом, с помощью антисимметричного тензора $\varepsilon_{\mu\nu}$, $\varepsilon_{12} = -\varepsilon^{12} = 1$, например $l_{(\nu}^{\;\;\;\mu)} = \varepsilon_{\nu\rho}l^{(\rho\mu)}$.
В конечном итоге получаем стандартный полевой состав $40 + 40$ минимальной эйнштейновской $\mathcal{N}=2$ супергравитации [21]–[23]. Физическими полями являются $\Phi^m_a$, $\psi^{mi}_\mu$, $C_a$ (спины $(\mathbf{2, 3/2, 3/2, 1})$ на массовой поверхности). Та часть поля $\Phi^m_a$, которая описывает спин $\mathbf{1}$, устраняется локальными “лоренцевыми” параметрами $l_{(\nu}^{\;\;\;\mu)}(x)$, $l_{(\dot{\nu}}^{\;\;\;\dot{\mu})}(x)$. В этой “физической” калибровке
Заметим, что условия гармонической нулевой кривизны (2.11) (подобно аналогичным уравнениям для высших $\mathcal{N}=2$ спинов $\mathbf{s}$) эквивалентны условиям, включающим аналитические потенциалы. Уравнения на последние однозначно решаются, как в случае спина $\mathbf{s}=1$.
После перехода к компонентам та часть лагранжиана, которая описывает спин $\mathbf{2}$, может быть представлена как
Физические калибровочные поля суть $\Phi^{(\alpha\beta)(\dot{\alpha}\dot{\beta})}_{\rho\dot{\rho}}$ (калибровочное поле спина $\mathbf{3}$), $C^{\alpha\dot{\alpha}}_{\rho\dot{\rho}}$ (калибровочное поле спина $\mathbf{2}$) и $\psi^{(\alpha\beta)(\dot{\alpha}\dot{\beta})i}_\gamma$ (калибровочное поле спина $\mathbf{5/2}$). Остальные поля вспомогательные (как и в других случаях, полный вид калибровки Весса– Зумино для спина $\mathbf{s}=3$ приведен в [15]). На массовой поверхности остается мультиплет $(\mathbf{3, 5/2, 5/2, 2})$.
Остаточная калибровочная свобода может быть использована для приведения физических бозонных калибровочных полей к следующему неприводимому виду:
Это правильные калибровочные преобразования полей Фронсдала со спином $\mathbf{3}$ ($\Phi_{(\alpha\beta\gamma)(\dot\alpha\dot\beta\dot\gamma)}, \Phi_{\alpha\dot\beta}$) и полей со спином $\mathbf{2}$ ($C_{(\alpha\beta) (\dot{\alpha}\dot{\beta})}, C$).
Инвариантное суперполевое действие строится по образцу действия для спина $\mathbf{2}$
где $\alpha(s) := (\alpha_1 \ldots \alpha_s), \dot\alpha(s) := (\dot\alpha_1 \ldots \dot\alpha_s)$. Соответствующие калибровочные преобразования могут быть также определены и использованы для перехода в калибровку Весса–Зумино с мультиплетом физических полей $(\mathbf{s, s-1/2, s-1/2, s-1})$.
Инвариантное действие имеет универсальный вид для всех $\mathbf{s}$:
и отрицательно заряженные потенциалы определяются по фундаментальным аналитическим потенциалам соответствующими гармоническими условиями нулевой кривизны.
4. Взаимодействия с гипермультиплетом
Построение взаимодействий высших спинов составляет очень важную (хотя и трудную) задачу. Простейшее взаимодействие описывается кубической вершиной, которая билинейна по полям материи и имеет первый порядок по калибровочным полям. К настоящему времени накоплена огромная литература по кубичным взаимодействиям высших спинов (cм., например, [24]–[31]).
Суперсимметричные $\mathcal{N}=1$ расширения чисто бозонных кубических вершин с участием материи и соответствующие супертоки были построены в терминах $\mathcal{N}= 1$ суперполей в ряде работ (см., например, [32]).
В работе [18] были впервые построены вне массовой поверхности явно $\mathcal{N}=2$ суперсимметричные кубические связи типа $\mathbf{1/2, 1/2, s}$ для $\mathcal{N}=2$ калибровочного мультиплета произвольного высшего целого суперспина $\mathbf{s}$ с гипермультиплетом материи (суперспин $\mathbf{1/2}$ ) в $4D$, $\mathcal{N}=2$ гармоническом суперпространстве.
Исходным пунктом является свободное действие $\mathcal{N}=2$ гипермультиплета вне массовой поверхности
где $d\zeta^{(-4)} = [du]\, d^4x_A\, d^4\theta^+$ – мера интегрирования по аналитическому суперпространству. Дублетный индекс $a$ вращается внешней группой Паули–Гюрси $SU(2)_\mathrm{PG}$, коммутирующей с $\mathcal{N}=2$ суперсимметрией и группой $R$-симметрии $SU(2)_R$.
Гипермультиплет с действием (4.1) может быть массивным или безмассовым. В случае массивного $\mathcal{N}=2$ гипермультиплета (без калибровочных полей) минимальный механизм генерации массы обеспечивается ненулевым центральным зарядом в $\mathcal{N}=2$ супералгебре, при этом масса отождествляется с собственным значением генератора центрального заряда. Как уже обсуждалось в разделе 2, общепринятый способ введения центрального заряда состоит в добавлении дополнительной фиктивной координаты $x^5$. Предполагается, что суперполе гипермультиплета зависит от $x^5$ почти тривиально:
Чтобы избежать интегрирования по $x^5$ в гипермультиплетном действии (4.1), налагается стандартное условие Шерка–Шварца, состоящее в том, что $\partial_5 q^{+a}$ совпадает с действием некоторой абелевой подгруппы $U(1)_\mathrm{PG} \subset SU(2)_\mathrm{PG}$. Параметр $m$ отождествляется с массой гипермультиплета, так что в общем случае рассматривается массивный гипермультиплет. Очевидно, что
где необходимо также принять во внимание преобразование $x^5$ (2.5) при $m\neq 0$. Благодаря свойству (4.4) введение массы не влияет на преобразование лагранжиана относительно $\mathcal{N}=2$ суперсимметрии, хотя и приводит к модификации $\mathcal{N}=2$ преобразования $q^{+a}$. Внутренняя симметрия действия одного гипермультиплета есть $SU(2)_\mathrm{PG} \times SU(2)_{R}$ в безмассовом случае ($\partial_5 q^{+a} =0$) и $U(1)_\mathrm{PG} \times SU(2)_{R}$ в массивном случае ($\partial_5 q^{+a} \neq 0$).
Калибровочные $\mathcal{N}=2$ суперполя высших спинов можно вывести посредством калибрования подходящих глобальных симметрий свободного действия гипермультиплета (4.1), включающих различные степени производных по координатам. Для простоты в этом разделе мы полагаем все константы взаимодействия равными единице.
Суперспин 1. Простейшая симметрия имеет нулевой порядок по производным, и это $U(1)$ преобразование $q^{+a}$,
Калибрование этой симметрии сводится к замене $\lambda_0$ аналитическим суперпараметром, $\lambda_0 \to \lambda(\zeta)$, и для обеспечения калибровочной инвариантности $q^{+a}$ действия соответствующей замене $\mathcal{D}^{++}$ в (4.1):
Заметим, что нет прямой связи между $J$ и $\partial_5$: можно выбрать или $\partial_5 q^{+a}=0$, что соответствует безмассовому $q^{+a}$, или $\partial_5 q^{+a} \sim mJ q^{+ a}$, что отвечает массивному $q^{+a}$.
Суперспин 2. Глобальная симметрия, которую надо калибровать в случае спина $\mathbf{2}$, более сложная, ее преобразования имеют первый порядок по производным:
Эта вариация включает пять постоянных бозонных параметров $\lambda^{\alpha\dot{\alpha}}_0$, $\lambda^5_0$, четыре постоянных спинорных параметра $\lambda^{\pm\hat{\alpha}_0} = \lambda^{\hat{\alpha}i}_0 u^\pm_i$ и может рассматриваться как копия глобальных преобразований $\mathcal{N}=2$ суперсимметрии в их активной форме. Мы калибруем именно эти преобразования и оставляем глобальной $\mathcal{N}=2$ суперсимметрию, реализованную на координатах суперпространства.
В случае спина $\mathbf{2}$ имеются две возможности для калибровочных преобразований гипермультиплета:
Заметим, что действие $\mathcal{L}^{+4 (s=2)}_\mathrm{gauge}$ можно сделать полностью калибровочно-инвариантным (а не только на линеаризованном уровне) посредством следующей модификации закона калибровочного преобразования (4.11) оператора $\hat{\mathcal{H}}^{++}_{(2)}$:
Полное нелинейное действие $\mathcal{N}=2$ супергравитации, включающее чисто супергравитационную нелинейную часть, было построено в работе [33].
Суперспин 3. Особенность случая спина $\mathbf{3}$ состоит в том, что калибруемые преобразования с двумя производными и возникающие связи калибровочных суперполей с гипермультиплетом $q^{+ a}$ могут быть согласованно определены только ценой нарушения глобальной $SU(2)_\mathrm{PG}$ симметрии до подгруппы $U(1)$, генератор которой явно входит во все соотношения. Это свойство распространяется на все нечетные $\mathcal{N}=2$ спины.
Хотя в случае спина $\mathbf{3}$ изначально можно ввести четыре независимых калибровочных преобразования $q^{+ a}$, только две их фиксированные комбинации могут быть скомпенсированы подходящими преобразованиями калибровочных суперполей:
где3[x]3Предполагается, что все лоренцевы индексы одной природы в коэффициентах дифференциальных операторов симметризованы с теми, которые неявно присутствуют в мультииндексе $M$.
Наличие константы $\xi$ в калибровочном лагранжиане означает, что вне массовой оболочки существуют два возможных взаимодействия калибровочных $\mathcal{N}=2$ суперполей спина $\mathbf{3}$ с гипермультиплетом. Коэффициент $\xi$ есть безразмерная константа связи, определяющая относительную силу этих взаимодействий. Недавно было проверено, что на массовой поверхности $\xi$-член не дает вклада в кубическую вершину (по крайней мере, в бозонном секторе), он присутствует только вне массовой оболочки и, возможно, играет какую-то роль в квантовой теории [20].
Суперспин 4. В случае суперспина $\mathbf{4}$ преобразования $q^{+a}$ не требуют включения генераторов внутренней симметрии, т. е. они сохраняют $SU(2)_\mathrm{PG}$ инвариантность. Преобразования глобальной симметрии имеют третий порядок по производным и хорошо определены. Их локализация на аналитическом подпространстве допускает шесть независимых вариаций, но в итоге только три из них оказываются существенными:
Эта комбинация вариаций однозначно выделяется требованием, чтобы ее можно было скомпенсировать калибровочными преобразованиями калибровочного $\mathbf{s}=4$ мультиплета. Ковариантизованный $q^{+a}$ лагранжиан имеет вид
Минимальные взаимодействия гипермультиплета с калибровочными $\mathcal{N}=2$ мультиплетами высших суперспинов $\mathbf{s}$ могут быть построены аналогичными методами, и они имеют единую кубическую структуру с калибровочными суперполями и калибровочными параметрами, объединенными в подходящие дифференциальные операторы ранга $(\mathbf{s -1})$.
Наше рассмотрение непосредственно обобщается на несколько гипермультиплетов. Свободный лагранжиан $n$ гипермультиплетов записывается в следующем явно $USp(2n)$-инвариантном виде:
в котором явная симметрия понижена до $U(n)= SU(n)\times U(1) \subset USp(2n)$. По отношению к этой группе $q^+_a$ и $\tilde{q}^{+ a}$ преобразуются по фундаментальному и сопряженному представлениям. Один из возможных выборов $U(1)$ генератора, необходимого для описания нечетных спинов, определяется соотношениями
показывающими, что исходная $USp(2n)$ симметрия нарушается до $U(n)$. Возможны и другие варианты для $J$, нарушающие также и $SU(n)$ симметрию.
Следует подчеркнуть, что для всех суперспинов, за исключением $\mathbf{s}= 1$ и $\mathbf{s}= 2$, кубическая вершина калибровочно-инвариантна только в низшем порядке по калибровочным суперполям. В общем случае мы не можем повторить прием, который работал в случае суперспина $\mathbf{2}$: заменить плоскую гармоническую производную $\mathcal{D}^{++}$ в калибровочном законе $\hat{\cal H}^{++}_{(s)}$ на “калибровочно-ковариантную” $\mathcal{D}^{++} + \hat{\cal H}^{++}_{(s)}$ по аналогии с (4.13). Из-за присутствия высших степеней производных в дифференциальных операторах $ \hat{\cal H}^{++}_{(s)}$ для $s\geqslant 3$ такая наивная замена не обеспечит полную ковариантность. Не исключено, что для решения этой проблемы потребуется с самого начала добавить некоторые калибровочные преобразования более высоких спинов, с параметрами, подходящим образом построенными из $\hat{\Lambda}_{(s)}$ (например, включающими ее производные), и, следовательно, допустить присутствие всех потенциалов высших суперспинов, $\hat{\cal H}^{++}_{(s')}, s' > s$.
$\omega$-Представление. Еще одно заслуживающее внимания свойство состоит в том, что $q^{+a}$ описание гипермультиплета приводит к формализму первого порядка для физических скалярных полей, а правильный лагранжиан второго порядка восстанавливается только после исключения некоторого вспомогательного векторного поля в $q^{+a}$. Одновременно, помимо исходной трилинейной вершины, возникает вершина четвертого порядка, включающая два калибровочных поля и два физических скаляра4[x]4Появление такой вершины легко увидеть в простейшем случае спина $\mathbf{1}$.. Явно $\mathcal{N}=2$ суперсимметричная версия перехода от формализма первого порядка к формализму второго порядка связана с $\omega$-формализмом, основанным на следующем эквивалентном представлении для $q^{+ a}$:
где $ L^{++} = L^{++}(\zeta_A)$, $\omega = \omega(\zeta_A)$. После этой замены переменных лагранжиан в (4.1) с точностью до полной гармонической производной принимает вид
Варьируя его по вспомогательному суперполю $L^{++}$, получаем $L^{++} = -\mathcal{D}^{++}\omega$ и после подстановки этого выражения обратно в (4.22) приходим к $\omega$-форме лагранжиана гипермультиплета
Применяя тот же прием к лагранжиану, содержащему кубическую вершину взаимодействия, мы можем найти $\omega$-представление для соответствующих калибровочно-ковариантизованных $q^{+ a}$ действий. Эта процедура проводится довольно прямолинейно для вершин четного спина $\mathbf{s}$, но она не столь проста для нечетных $\mathbf{s}$ из-за присутствия нарушающего $SU(2)_\mathrm{PG}$ симметрию оператора $J$ в этом случае. Хотя второй тип теорий также допускает переход к $\omega$-представлению, хотя и с несколько более сложной, чем (4.21), суперполевой заменой5[x]5Эта замена переменных приведена в книге [17]., здесь мы ограничимся случаем четных суперспинов и для простоты рассмотрим только суперспины $\mathbf{s} = 2, 4$.
Совершая замену (4.21) в лагранжиане (4.12), получаем с точностью до полной производной
Варьируя $L^{++}$ и подставляя результат обратно в (4.24), получаем $\omega$-вариант ковариантизованного $q^{+a}$ лагранжиана для суперспина $\mathbf{s}=2$:
(напомним, что точечные и бесточечные индексы в $h^{++(\alpha\beta)(\dot\alpha\dot\beta)M}$ должны быть симметризованы с теми, которые скрыты в мультииндексе $M$). Лагранжиан для общего четного $\mathbf{s}$ в $\omega$-представлении строится как непосредственное обобщение (4.24) и (4.29). Хотя $\omega$-действия для $\mathbf{s}\geqslant 4$ подобно их кубическим $q^{+ a}$ аналогам калибровочно-инвариантны только в первом порядке по калибровочным суперполям, их можно рассматривать как полезную отправную точку для построения гипотетических полностью калибровочно-инвариантных действий гипермультиплета, так как они автоматически включают вершину, билинейную по калибровочным суперполям, которая приводит к корректным компонентным действиям второго порядка для физических бозонных полей материи (все высшие производные появляются только в вершинах взаимодействия).
5. Уравнения движения и супертоки
В недавней работе [20] было проведено детальное изучение суперполевых уравнений движения, соответствующих сумме линеаризованных действий для $\mathcal{N}=2$ калибровочных суперполей высших спинов и ковариантизованных действий гипермультиплета. Варьирование по аналитическим калибровочным потенциалам дает как явный вид супеполевых уравнений с источниками, так и точную структуру этих источников в терминах суперполей гипермультиплета. С другой стороны, варьирование по $q^{+ a}$ приводит к ковариантизованным уравнениям для гипермультиплета. Частичное решение последних фиксирует гармоническую зависимость $q^{+ a}$ и выражает это суперполе через физические поля. В этом разделе основной фокус сосредоточен на первом типе уравнений. Восстановить константы связи гипермультиплета удобно через подстановку $(\hat{H}^{++}_{(s)}, \Gamma^{++}_{(s)}) \Rightarrow (\kappa_s\hat{H}^{++}_{(s)}, \kappa_s\Gamma^{++}_{(s)})$ с $[\kappa_s] = - \mathbf{s} + 1$ в единицах массы в уравнениях (4.7), (4.12), (4.13), (4.16), (4.19), (4.24), (4.27), (4.29) и их аналогах для высших $\mathbf{s}$.
Первый нетривиальный пример токовых суперполей предоставляет $\mathcal{N}=2$ теория с суперспином $\mathbf{2}$. Вариации по отношению к аналитическим потенциалам линеаризованной $\mathcal{N}=2$ супергравитации,
в сумме чисто калибровочного действия суперспина $\mathbf{2}$ и взаимодействия соответствующих калибровочных суперполей с гипермультиплетом приводят к уравнениям движения с источниками6[x]6Мы используем стандартные определения $(D^+)^2 := D^{+ \alpha}D^+_{\alpha}$, $(\bar{D}^+)^2 := \bar{D}^{+}_{\dot\alpha}\bar{D}^{+\dot\alpha}$, $(D^+)^4 := \frac{1}{16}(D^+)^2(\bar{D}^+)^2$.:
Заметим, что все эти токовые суперполя можно отождествить с подходящими проекциями единого неаналитического “главного” токового суперполя $\mathcal{J}$, введенного (в суперконформном случае) в работе [34]:
Геометрический смысл суперполя $\mathcal{J}$ становится ясным в суперконформном случае, где оно появляется как гипермультиплетное токовое суперполе, связанное с дополнительным аналитическим калибровочным потенциалом $H^{+4}$ [35]. Из этого представления немедленно следует единый закон сохранения
который согласован с действием $\mathcal{D}^{++}$ на левые части уравнений (5.1), дающим ноль как следствие гармонической аналитичности и условия нулевой кривизны (2.11). Наиболее важным объектом является суперток $J^{++}_{\alpha\dot{\alpha}}$, поскольку он содержит в себе тензор энергии-импульса, фермионный спин-векторный ток и векторный ток $R$-симметрии. Он удовлетворяет дополнительному закону сохранения
Токовые суперполя удовлетворяют стандартным гармоническим законам сохранения $\mathcal{D}^{++}J^{++}_{\alpha\dot\alpha} = 0$ и т. п.
Описанная конструкция допускает прямое обобщение на случай произвольного $\mathcal{N}=2$ суперспина $\mathbf{s}$.
Необходимо отметить, что супертоки в $\mathcal{N}=2$ суперсимметричных теориях высших спинов обсуждались в работе [36] (см. также [37] и недавние статьи [38], [39]) без использования подхода гармонического суперпространства. По-видимому, такие модели отвечают специальному выбору калибровки для аналитических потенциалов. Важно подчеркнуть, что в упомянутых работах токовые суперполя строятся в рамках описания гипермультиплетов на массовой оболочке в терминах стандартных $\mathcal{N}=2$ (или $\mathcal{N}=1$) суперполей, подверженных подходящим связям. Главное отличие подхода, разработанного в работах [15], [18] и [20], состоит в том, что в нем описание как калибровочных $\mathcal{N}=2$ мультиплетов высших спинов, так и гипермультиплетов материи осуществляется вне массовой оболочки на основе гармонических аналитических суперполей без сторонних связей.
6. Заключение
$\mathcal{N}= 2$ теория высших спинов $\mathbf{s}\geqslant 3$ открывает новую перспективную область применения подхода гармонического суперпространства, который ранее показал себя незаменимым для описания более привычных $\mathcal{N}= 2$ теорий с максимальными спинами $s\leqslant 2$. Как и в этих теориях, главным принципом, лежащим в основе новых теорий с высшими спинами, является гармоническая грассманова аналитичность: все калибровочные потенциалы описываются аналитическими суперполями без связей, включающими бесконечное число вспомогательных полей вне массовой оболочки до фиксации калибровок типа Весса–Зумино.
Я благодарен организаторам конференции, посвященной памяти А. А. Славнова, за приглашение и за теплое гостеприимство в Математическом институте им. В. А. Стеклова. Я признателен моим соавторам Иосифу Бухбиндеру и Никите Заиграеву, на общих публикациях с которыми в значительной степени основана статья. Я также благодарен рецензенту за полезные замечания, позволившие сделать изложение более полным и, надеюсь, понятным.
Конфликт интересов
Автор заявляет, что у него нет конфликта интересов.
Список литературы
1.
M. A. Vasiliev, “Higher spin gauge theories in various dimensions”, Fortschr. Phys., 52:6–7 (2004), 702–717, arXiv: hep-th/0401177
2.
X. Bekaert, S. Cnockaert, C. Iazeolla, M. A. Vasiliev, “Nonlinear higher spin theories in various dimensions”, Proceedings of the First Solvay Workshop on Higher Spin Gauge Theories (Brussels, Belgium, 12–14 May, 2004), eds. R. Argurio, G. Barnich, G. Bonelli, M. Grigoriev, International Solvay Institutes for Physics and Chemistry, Brussels, 2006, 132–197, arXiv: hep-th/0503128
3.
X. Bekaert, N. Boulanger, P. Sundell, “How higher-spin gravity surpasses the spin-two barrier”, Rev. Mod. Phys., 84:3 (2012), 987–1009, arXiv: 1007.0435
4.
A. Sagnotti, “Notes on strings and higher spins”, J. Phys. A: Math. Theor., 46:21 (2013), 214006, 29 pp., arXiv: 1112.4285
5.
V. E. Didenko, E. D. Skvortsov, Elements of Vasiliev theory, arXiv: 1401.2975
6.
X. Bekaert, N. Boulanger, A. Campoleoni, M. Chodaroli, D. Francia, M. Grigoriev, E. Sezgin, E. Skvortsov, Snowmass white paper: Higher spin gravity and higher spin symmetry, arXiv: 2205.01567
7.
C. Fronsdal, “Massless fields with integer spin”, Phys. Rev. D, 18:10 (1978), 3624–3629
8.
J. Fang, C. Fronsdal, “Massless fields with half-integral spin”, Phys. Rev. D, 18:10 (1978), 3630–3633
9.
T. Curtright, “Massless field supermultiplets with arbitrary spins”, Phys. Lett. B, 85:2–3 (1979), 219–224
10.
М. А. Васильев, “ “Калибровочная” форма описания безмассовых нолей произвольного спина”, ЯФ, 32:3 (1980), 855–861
11.
С. М. Кузенко, В. В. Постников, А. Г. Сибиряков, “Безмассовые калибровочные суперполя высших полуцелых суперспинов”, Письма в ЖЭТФ, 57:9 (1993), 521–525; С. М. Кузенко, А. Г. Сибиряков, “Безмассовые калибровочные суперполя высших целых суперспинов”, Письма в ЖЭТФ, 57:9 (1993), 526–529; С. М. Кузенко, А. Г. Сибиряков, “Свободные безмассовые сверхспиновые сверхполя в сверхпространстве анти-де Ситтера”, ЯФ, 57:7 (1994), 1326–1337, arXiv: 1112.4612
12.
S. J. Gates, Jr., S. M. Kuzenko, A. G. Sibiryakov, “Towards a unified theory of massless superfields of all superspins”, Phys. Lett. B, 394:3–4 (1997), 343–353, arXiv: hep-th/9611193; “$\mathcal{N}=2$ supersymmetry of higher superspin massless theories”, Phys. Lett. B, 412:1–2 (1997), 59–68, arXiv: hep-th/9609141
13.
S. J. Gates, Jr., K. Koutrolikos, “On $4D$, $N=1$ massless gauge superfields of arbitrary superhelicity”, JHEP, 06 (2014), 098, 47 pp., arXiv: 1310.7385
14.
K. Koutrolikos, “Superspace formulation of massive half-integer superspin”, JHEP, 03 (2021), 254, 23 pp., arXiv: 2012.12225
15.
I. Buchbinder, E. Ivanov, N. Zaigraev, “Unconstrained off-shell superfield formulation of $4D$, $\mathcal{N} = 2$ supersymmetric higher spins”, JHEP, 12 (2021), 016, 27 pp., arXiv: 2109.07639
16.
А. Гальперин, Е. Иванов, В. Огиевецкий, Э. Сокачев, Письма в ЖЭТФ, 40:4 (1984), 155–158, Гармоническое суперпространство – ключ к $N = 2$ суперсимметричным теориям; A. Galperin, E. Ivanov, S. Kalitzin, V. Ogievetsky, E. Sokatchev, “Unconstrained $N=2$ matter, Yang–Mills and supergravity theories in harmonic superspace”, Class. Quantum Grav., 1:5 (1984), 469–498
17.
A. S. Galperin, E. A. Ivanov, V. I. Ogievetsky, E. S. Sokatchev, Harmonic Superspace, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2001
18.
I. Buchbinder, E. Ivanov, N. Zaigraev, “Off-shell cubic hypermultiplet couplings to $\mathcal{N} = 2$ higher spin gauge superfields”, JHEP, 05 (2022), 104, 37 pp., arXiv: 2202.08196
19.
I. Buchbinder, E. Ivanov, N. Zaigraev, “Unconstrained $\mathcal{N} = 2$ higher-spin gauge superfields and their hypermultiplet couplings”, Phys. Part. Nucl. Lett., 20:3 (2023), 300–305, arXiv: 2211.09501
20.
I. Buchbinder, E. Ivanov, N. Zaigraev, “$\mathcal{N} = 2$ higher spins: superfield equations of motion, the hypermultiplet supercurrents, and the component structure”, JHEP, 03 (2023), 036, 87 pp., arXiv: 2212.14114
21.
E. S. Fradkin, M. A. Vasiliev, “Minimal set of auxiliary fields and S-matrix for extended supergravity”, Lett. Nuovo Cimento, 25 (1979), 79–87; “Minimal set of auxiliary fields in SO$(2)$-extended supergravity”, Phys. Lett. B, 85:1 (1979), 47–51
22.
B. De Wit, J. W. van Holten, “Multiplets of linearized SO$(2)$ supergravity”, Nucl. Phys. B, 155:2 (1979), 530–542
23.
B. De Wit, J. W. van Holten, A. Van Proeyen, “Transformation rules of $N=2$ supergravity multiplets”, Nucl. Phys. B, 167:1–2 (1980), 186–204
24.
A. K. H. Bengtsson, I. Bengtsson, L. Brink, “Cubic interaction terms for arbitrary spin”, Nucl. Phys. B, 227:1 (1983), 31–40; “Cubic interaction terms for arbitrary extended supermultiplets”, 41–49
25.
E. S. Fradkin, R. R. Metsaev, “A cubic interaction of totally symmetric massless representations of the Lorentz group in arbitrary dimensions”, Class. Quantum Grav., 8:4 (1991), L89–L94
26.
R. R. Metsaev, “Generating function for cubic interaction vertices of higher spin fields in any dimension”, Modern Phys. Lett. A, 8:25 (1993), 2413–2426
27.
R. Manvelyan, K. Mkrtchyan, W. Rühl, “General trilinear interaction for arbitrary even higher spin gauge fields”, Nucl. Phys. B, 836:3 (2010), 204–221, arXiv: 1003.2877; “A generating function for the cubic interactions of higher spin fields”, Phys. Lett. B, 696:4 (2011), 410–415, arXiv: 1009.1054
28.
A. Fotopoulos, N. Irges, A. C. Petkou, M. Tsulaia, “Higher spin gauge fields interacting with scalars: the Lagrangian cubic vertex”, JHEP, 10 (2007), 021, 27 pp., arXiv: 0708.1399
29.
X. Bekaert, E. Joung, J. Mourad, “On higher spin interactions with matter”, JHEP, 05 (2009), 126, 31 pp., arXiv: 0903.3338
30.
M. V. Khabarov, Yu. M. Zinoviev, “Massless higher spin cubic vertices in flat four dimensional space”, JHEP, 08 (2020), 112, 21 pp., arXiv: 2005.09851
31.
M. V. Khabarov, Yu. M. Zinoviev, “Cubic interaction vertices for massless higher spin supermultiplets in $d = 4$”, JHEP, 02 (2021), 167, 17 pp., arXiv: 2012.00482
32.
I. L. Buchbinder, S. J. Gates, Jr., K. Koutrolikos, “Integer superspin supercurrents of matter supermultiplets”, JHEP, 05 (2019), 031, 18 pp., arXiv: 1811.12858; S. J. Gates, Jr., K. Koutrolikos, “Progress on cubic interactions of arbitrary superspin supermultiplets via gauge invariant supercurrents”, Phys. Lett. B, 797 (2019), 134868, 6 pp., arXiv: 1904.13336
33.
A. Galperin, N. A. Ky, E. Sokatchev, “$\mathcal{N}=2$ supergravity in superspace: solution to the constraints”, Class. Quantum Grav., 4:5 (1987), 1235–1253
34.
S. M. Kuzenko, S. Theisen, “Correlation functions of conserved currents in $\mathcal N=2$ superconformal theory”, Class. Quant. Grav., 17:3 (2000), 665–696, arXiv: hep-th/9907107
35.
A. Galperin, E. Ivanov, V. Ogievetsky, E. Sokatchev, “$N=2$ supergravity in superspace: different versions and matter couplings”, Class. Quantum Grav., 4:5 (1987), 1255–1265
36.
S. M. Kuzenko, E. S. N. Raptakis, “Extended superconformal higher-spin gauge theories in four dimensions”, JHEP, 12 (2021), 210, 26 pp., arXiv: 2104.10416
37.
E. I. Buchbinder, J. Hutomo, S. M. Kuzenko, “Higher spin supercurrents in anti-de Sitter space”, JHEP, 09 (2018), 51 pp., arXiv: 1805.08055
38.
S. M. Kuzenko, M. Ponds, E. S. N. Raptakis, “Conformal interactions between matter and higher-spin (super)fields”, Fortsch. Phys., 71:1 (2023), 2200157, 31 pp., arXiv: 2208.07783
39.
S. M. Kuzenko, E. S. N. Raptakis, “On higher-spin $ \mathcal{N} = 2$ supercurrent multiplets”, JHEP, 05 (2023), 056, 20 pp., arXiv: 2301.09386
40.
E. Ivanov, $\mathcal N=2$ supergravities in harmonic superspace, arXiv: 2212.07925
41.
Е. И. Бухбиндер, Б. А. Оврут, И. Л. Бухбиндер, Е. А. Иванов, С. М. Кузенко, “Низкоэнергетическое эффективное действие в $N = 2$ суперсимметричных теориях поля”, ЭЧАЯ, 32:5 (2001), 1222–1264
Образец цитирования:
Е. А. Иванов, “Высшие спины в гармоническом суперпространстве”, ТМФ, 217:3 (2023), 515–532; Theoret. and Math. Phys., 217:3 (2023), 1855–1869