a585f2e575f3b08af460b80f70329a3f1826c8dc
[ginac.git] / ginac / color.h
1 /** @file color.h
2  *
3  *  Interface to GiNaC's color (SU(3) Lie algebra) objects. */
4
5 /*
6  *  GiNaC Copyright (C) 1999-2005 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
7  *
8  *  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
9  *  it under the terms of the GNU General Public License as published by
10  *  the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
11  *  (at your option) any later version.
12  *
13  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
14  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
16  *  GNU General Public License for more details.
17  *
18  *  You should have received a copy of the GNU General Public License
19  *  along with this program; if not, write to the Free Software
20  *  Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA
21  */
22
23 #ifndef __GINAC_COLOR_H__
24 #define __GINAC_COLOR_H__
25
26 #include "indexed.h"
27 #include "tensor.h"
28
29 #include <set>
30
31 namespace GiNaC {
32
33
34 /** This class holds a generator T_a or the unity element of the Lie algebra
35  *  of SU(3), as used for calculations in quantum chromodynamics. A
36  *  representation label (an unsigned 8-bit integer) is used to distinguish
37  *  elements from different Lie algebras (objects with different labels
38  *  commutate). These objects implement an abstract representation of the
39  *  group, not a specific matrix representation. The indices used for color
40  *  objects should not have a variance. */
41 class color : public indexed
42 {
43         GINAC_DECLARE_REGISTERED_CLASS(color, indexed)
44
45         // other constructors
46 public:
47         color(const ex & b, unsigned char rl = 0);
48         color(const ex & b, const ex & i1, unsigned char rl = 0);
49
50         // internal constructors
51         color(unsigned char rl, const exvector & v, bool discardable = false);
52         color(unsigned char rl, std::auto_ptr<exvector> vp);
53
54         // functions overriding virtual functions from base classes
55 protected:
56         ex eval_ncmul(const exvector & v) const;
57         bool match_same_type(const basic & other) const;
58         ex thiscontainer(const exvector & v) const;
59         ex thiscontainer(std::auto_ptr<exvector> vp) const;
60         unsigned return_type() const { return return_types::noncommutative; }
61         unsigned return_type_tinfo() const { return TINFO_color + representation_label; }
62
63         // non-virtual functions in this class
64 public:
65         unsigned char get_representation_label() const {return representation_label;}
66
67         // member variables
68 private:
69         unsigned char representation_label; /**< Representation label to distinguish independent color matrices coming from separated fermion lines */
70 };
71
72
73 /** This class represents the su(3) unity element. */
74 class su3one : public tensor
75 {
76         GINAC_DECLARE_REGISTERED_CLASS(su3one, tensor)
77
78         // non-virtual functions in this class
79 protected:
80         void do_print(const print_context & c, unsigned level) const;
81         void do_print_latex(const print_latex & c, unsigned level) const;
82 };
83
84 /** This class represents an su(3) generator. */
85 class su3t : public tensor
86 {
87         GINAC_DECLARE_REGISTERED_CLASS(su3t, tensor)
88
89         // functions overriding virtual functions from base classes
90 public:
91         bool contract_with(exvector::iterator self, exvector::iterator other, exvector & v) const;
92
93         // non-virtual functions in this class
94 protected:
95         void do_print(const print_context & c, unsigned level) const;
96         void do_print_latex(const print_latex & c, unsigned level) const;
97 };
98
99 /** This class represents the tensor of antisymmetric su(3) structure
100  *  constants. */
101 class su3f : public tensor
102 {
103         GINAC_DECLARE_REGISTERED_CLASS(su3f, tensor)
104
105         // functions overriding virtual functions from base classes
106 public:
107         ex eval_indexed(const basic & i) const;
108         bool contract_with(exvector::iterator self, exvector::iterator other, exvector & v) const;
109
110         // non-virtual functions in this class
111 protected:
112         void do_print(const print_context & c, unsigned level) const;
113         void do_print_latex(const print_latex & c, unsigned level) const;
114 };
115
116 /** This class represents the tensor of symmetric su(3) structure constants. */
117 class su3d : public tensor
118 {
119         GINAC_DECLARE_REGISTERED_CLASS(su3d, tensor)
120
121         // functions overriding virtual functions from base classes
122 public:
123         ex eval_indexed(const basic & i) const;
124         bool contract_with(exvector::iterator self, exvector::iterator other, exvector & v) const;
125
126         // non-virtual functions in this class
127 protected:
128         void do_print(const print_context & c, unsigned level) const;
129         void do_print_latex(const print_latex & c, unsigned level) const;
130 };
131
132
133 // global functions
134
135 /** Specialization of is_exactly_a<color>(obj) for color objects. */
136 template<> inline bool is_exactly_a<color>(const basic & obj)
137 {
138         return obj.tinfo()==TINFO_color;
139 }
140
141 /** Create the su(3) unity element. This is an indexed object, although it
142  *  has no indices.
143  *
144  *  @param rl Representation label
145  *  @return newly constructed unity element */
146 ex color_ONE(unsigned char rl = 0);
147
148 /** Create an su(3) generator.
149  *
150  *  @param a Index
151  *  @param rl Representation label
152  *  @return newly constructed unity generator */
153 ex color_T(const ex & a, unsigned char rl = 0);
154
155 /** Create an su(3) antisymmetric structure constant.
156  *
157  *  @param a First index
158  *  @param b Second index
159  *  @param c Third index
160  *  @return newly constructed structure constant */
161 ex color_f(const ex & a, const ex & b, const ex & c);
162
163 /** Create an su(3) symmetric structure constant.
164  *
165  *  @param a First index
166  *  @param b Second index
167  *  @param c Third index
168  *  @return newly constructed structure constant */
169 ex color_d(const ex & a, const ex & b, const ex & c);
170
171 /** This returns the linear combination d.a.b.c+I*f.a.b.c. */
172 ex color_h(const ex & a, const ex & b, const ex & c);
173
174 /** Calculate color traces over the specified set of representation labels.
175  *
176  *  @param e Expression to take the trace of
177  *  @param rls Set of representation labels */
178 ex color_trace(const ex & e, const std::set<unsigned char> & rls);
179
180 /** Calculate color traces over the specified list of representation labels.
181  *
182  *  @param e Expression to take the trace of
183  *  @param rll List of representation labels */
184 ex color_trace(const ex & e, const lst & rll);
185
186 /** Calculate the trace of an expression containing color objects with a
187  *  specified representation label.
188  *
189  *  @param e Expression to take the trace of
190  *  @param rl Representation label */
191 ex color_trace(const ex & e, unsigned char rl = 0);
192
193
194 } // namespace GiNaC
195
196 #endif // ndef __GINAC_COLOR_H__