Chap. 1 : Sym´etries, moment cin´etique et spin 5
D´efinition 1.0.1 Un groupe de matrices G⊂GL(n, C)qui d´ecrit une surface
polynˆomiale r´eguli`ere dans Cn2est appel´e un groupe de Lie.
Une surface polynˆomiale dans Cmest une surface Squi est donn´ee par un
nombre de conditions polynˆomiales,
S={x∈Cm|P1(x) = P2(x) = ···=Pk(x) = 0}, k < m . (1.1)
La surface Sest r´eguli`ere si les polynˆomes P1(x),···, Pk(x) peuvent ˆetre choisis
tels que le rang de la matrice ∂Pj
∂xiest maximal pour tout x∈S. Le nombre
(m−k) est la dimension de la surface S. Elle peut ˆetre param´etris´ee localement
par (m−k) param`etres ; ceci est une cons´equence du th´eor`eme des fonctions
implicites.
Un exemple d’une condition polynˆomiale est P(M) = det (M)−1. Elle est
non-d´eg´en´er´ee si la matrice ∂P (M)
∂Mij ≡Pij (M)6= 0 pour tout Mavec P(M) = 0.
La d´efinition donn´ee d’un groupe de Lie n’est pas la d´efinition g´en´erale abs-
traite, mais elle suffit pour les besoins de ce cours. Tous les groupes donn´es en
page 4sont des groupes de Lie.
D´efinition 1.0.2 Soit G⊂GL(n, C)un groupe de Lie. L’alg`ebre de Lie cor-
respondant `a Gest donn´ee par
G={M|matrice n×ntelle que exp (tM)∈G , ∀t∈R}.(1.2)
Ici, exp (tM ) est d´efini par
exp (tM ) = 1 + tM +1
2(tM)2+··· 1
n!(tM)n+··· .(1.3)
Il est relativement facile de d´emontrer que Gest un espace lin´eaire (r´eel) de
la mˆeme dimension que celle du groupe de Lie G, et que pour M, N ∈ G, nous
avons [M, N ]≡MN −N M ∈ G. De plus, si S∈Get M∈ G, alors SM S−1∈ G
(pour plus de d´etails, voir [7]).
1.1 Invariance sous rotation et moment cin´etique
pour des particules sans spin (s= 0)
Dans l’espace de Hilbert, H=L2(R3), une particule sans spin n’est pas
repr´esent´ee par un unique vecteur complexe Ψ ∈H, mais par un rayon unitaire,
not´e [Ψ] :
[Ψ] = eiαΨ|α∈R,.(1.4)
Un ´el´ement Ψ ∈[Ψ] est appel´e une fonction d’onde. Le produit scalaire entre
deux fonctions d’onde Φ,Ψ∈Hest d´efini par l’application (·,·) : H→C,
(Φ,Ψ) :=Zd3x¯
Φ(x)Ψ(x).(1.5)
Evidemment, (Φ,Ψ) = (Ψ,Φ). De plus, nous avons les propri´et´es (Φ,Ψ1+ Ψ2) =
(Φ,Ψ1) + (Φ,Ψ2) et (Φ1+ Φ2,Ψ) = (Φ1,Ψ) + (Φ2,Ψ). Finalement, si a∈C,
(Φ, aΨ) = a(Φ,Ψ) et (aΦ,Ψ) = ¯a(Φ,Ψ).