Univariate Hensel lifting now uses upoly.
[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) 1999-2008 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         // other constructors
45 public:
46         color(const ex & b, unsigned char rl = 0);
47         color(const ex & b, const ex & i1, unsigned char rl = 0);
48
49         // internal constructors
50         color(unsigned char rl, const exvector & v, bool discardable = false);
51         color(unsigned char rl, std::auto_ptr<exvector> vp);
52         void archive(archive_node& n) const;
53         void read_archive(const archive_node& n, lst& sym_lst);
54
55         // functions overriding virtual functions from base classes
56 protected:
57         ex eval_ncmul(const exvector & v) const;
58         bool match_same_type(const basic & other) const;
59         ex thiscontainer(const exvector & v) const;
60         ex thiscontainer(std::auto_ptr<exvector> vp) const;
61         unsigned return_type() const { return return_types::noncommutative; }
62         return_type_t return_type_tinfo() const;
63
64         // non-virtual functions in this class
65 public:
66         unsigned char get_representation_label() const {return representation_label;}
67
68         // member variables
69 private:
70         unsigned char representation_label; /**< Representation label to distinguish independent color matrices coming from separated fermion lines */
71 };
72 GINAC_DECLARE_UNARCHIVER(color); 
73
74
75 /** This class represents the su(3) unity element. */
76 class su3one : public tensor
77 {
78         GINAC_DECLARE_REGISTERED_CLASS(su3one, tensor)
79
80         // non-virtual functions in this class
81 protected:
82         void do_print(const print_context & c, unsigned level) const;
83         void do_print_latex(const print_latex & c, unsigned level) const;
84 };
85 GINAC_DECLARE_UNARCHIVER(su3one);
86
87 /** This class represents an su(3) generator. */
88 class su3t : public tensor
89 {
90         GINAC_DECLARE_REGISTERED_CLASS(su3t, tensor)
91
92         // functions overriding virtual functions from base classes
93 public:
94         bool contract_with(exvector::iterator self, exvector::iterator other, exvector & v) const;
95
96         // non-virtual functions in this class
97 protected:
98         void do_print(const print_context & c, unsigned level) const;
99         void do_print_latex(const print_latex & c, unsigned level) const;
100 };
101 GINAC_DECLARE_UNARCHIVER(su3t);
102
103 /** This class represents the tensor of antisymmetric su(3) structure
104  *  constants. */
105 class su3f : public tensor
106 {
107         GINAC_DECLARE_REGISTERED_CLASS(su3f, tensor)
108
109         // functions overriding virtual functions from base classes
110 public:
111         ex eval_indexed(const basic & i) const;
112         bool contract_with(exvector::iterator self, exvector::iterator other, exvector & v) const;
113
114         // non-virtual functions in this class
115 protected:
116         unsigned return_type() const { return return_types::commutative; }
117         void do_print(const print_context & c, unsigned level) const;
118         void do_print_latex(const print_latex & c, unsigned level) const;
119 };
120 GINAC_DECLARE_UNARCHIVER(su3f);
121
122 /** This class represents the tensor of symmetric su(3) structure constants. */
123 class su3d : public tensor
124 {
125         GINAC_DECLARE_REGISTERED_CLASS(su3d, tensor)
126
127         // functions overriding virtual functions from base classes
128 public:
129         ex eval_indexed(const basic & i) const;
130         bool contract_with(exvector::iterator self, exvector::iterator other, exvector & v) const;
131
132         // non-virtual functions in this class
133 protected:
134         unsigned return_type() const { return return_types::commutative; }
135         void do_print(const print_context & c, unsigned level) const;
136         void do_print_latex(const print_latex & c, unsigned level) const;
137 };
138 GINAC_DECLARE_UNARCHIVER(su3d);
139
140
141 // global functions
142
143 /** Create the su(3) unity element. This is an indexed object, although it
144  *  has no indices.
145  *
146  *  @param rl Representation label
147  *  @return newly constructed unity element */
148 ex color_ONE(unsigned char rl = 0);
149
150 /** Create an su(3) generator.
151  *
152  *  @param a Index
153  *  @param rl Representation label
154  *  @return newly constructed unity generator */
155 ex color_T(const ex & a, unsigned char rl = 0);
156
157 /** Create an su(3) antisymmetric structure constant.
158  *
159  *  @param a First index
160  *  @param b Second index
161  *  @param c Third index
162  *  @return newly constructed structure constant */
163 ex color_f(const ex & a, const ex & b, const ex & c);
164
165 /** Create an su(3) symmetric structure constant.
166  *
167  *  @param a First index
168  *  @param b Second index
169  *  @param c Third index
170  *  @return newly constructed structure constant */
171 ex color_d(const ex & a, const ex & b, const ex & c);
172
173 /** This returns the linear combination d.a.b.c+I*f.a.b.c. */
174 ex color_h(const ex & a, const ex & b, const ex & c);
175
176 /** Calculate color traces over the specified set of representation labels.
177  *
178  *  @param e Expression to take the trace of
179  *  @param rls Set of representation labels */
180 ex color_trace(const ex & e, const std::set<unsigned char> & rls);
181
182 /** Calculate color traces over the specified list of representation labels.
183  *
184  *  @param e Expression to take the trace of
185  *  @param rll List of representation labels */
186 ex color_trace(const ex & e, const lst & rll);
187
188 /** Calculate the trace of an expression containing color objects with a
189  *  specified representation label.
190  *
191  *  @param e Expression to take the trace of
192  *  @param rl Representation label */
193 ex color_trace(const ex & e, unsigned char rl = 0);
194
195
196 } // namespace GiNaC
197
198 #endif // ndef __GINAC_COLOR_H__