]> www.ginac.de Git - ginac.git/blobdiff - ginac/clifford.h
Added contribution from Vladimir Kisil: generalization of clifford algebra:
[ginac.git] / ginac / clifford.h
index 65ec005fc3bb529f2c0bada54df367c92d9e818a..3fa3627d0dd6b9d131c4d0700ba4e01127650026 100644 (file)
 /** @file clifford.h
  *
- *  Interface to GiNaC's clifford objects. */
+ *  Interface to GiNaC's clifford algebra (Dirac gamma) objects. */
 
-#ifndef _CLIFFORD_H_
-#define _CLIFFORD_H_
-
-#include <string>
+/*
+ *  GiNaC Copyright (C) 1999-2004 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
+ *
+ *  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
+ *  it under the terms of the GNU General Public License as published by
+ *  the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
+ *  (at your option) any later version.
+ *
+ *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
+ *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+ *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
+ *  GNU General Public License for more details.
+ *
+ *  You should have received a copy of the GNU General Public License
+ *  along with this program; if not, write to the Free Software
+ *  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
+ */
 
-class clifford;
+#ifndef __GINAC_CLIFFORD_H__
+#define __GINAC_CLIFFORD_H__
 
 #include "indexed.h"
+#include "tensor.h"
+#include "symbol.h"
+#include "idx.h"
+
+namespace GiNaC {
 
-/** Base class for clifford object */
+
+/** This class holds an object representing an element of the Clifford
+ *  algebra (the Dirac gamma matrices). These objects only carry Lorentz
+ *  indices. Spinor indices are hidden. A representation label (an unsigned
+ *  8-bit integer) is used to distinguish elements from different Clifford
+ *  algebras (objects with different labels commute). */
 class clifford : public indexed
 {
-// member functions
+       GINAC_DECLARE_REGISTERED_CLASS(clifford, indexed)
 
-    // default constructor, destructor, copy constructor assignment operator and helpers
+       // other constructors
 public:
-    clifford();
-    ~clifford();
-    clifford(clifford const & other);
-    clifford const & operator=(clifford const & other);
+       clifford(const ex & b, unsigned char rl = 0);
+       clifford(const ex & b, const ex & mu,  const ex & metr, unsigned char rl = 0);
+
+       // internal constructors
+       clifford(unsigned char rl, const exvector & v, bool discardable = false,  const ex & metr = lorentz_g(varidx((new symbol)->setflag(status_flags::dynallocated), 4),varidx((new symbol)->setflag(status_flags::dynallocated), 4)));
+       clifford(unsigned char rl, std::auto_ptr<exvector> vp,  const ex & metr = lorentz_g(varidx((new symbol)->setflag(status_flags::dynallocated),4),varidx((new symbol)->setflag(status_flags::dynallocated),4)));
+
+       // functions overriding virtual functions from base classes
 protected:
-    void copy(clifford const & other); 
-    void destroy(bool call_parent);
+       ex eval_ncmul(const exvector & v) const;
+       bool match_same_type(const basic & other) const;
+       ex thiscontainer(const exvector & v) const;
+       ex thiscontainer(std::auto_ptr<exvector> vp) const;
+       unsigned return_type() const { return return_types::noncommutative; }
+       unsigned return_type_tinfo() const { return TINFO_clifford + representation_label; }
 
-    // other constructors
+       // non-virtual functions in this class
 public:
-    explicit clifford(string const & initname);
+       unsigned char get_representation_label() const {return representation_label;}
+       ex get_metric() const {return metric;}
+       ex get_metric(const ex & i, const ex & j) const;
+       bool same_metric(const ex & other) const;
+
+protected:
+       void do_print_dflt(const print_dflt & c, unsigned level) const;
+       void do_print_latex(const print_latex & c, unsigned level) const;
+
+       // member variables
+private:
+       unsigned char representation_label; /**< Representation label to distinguish independent spin lines */
+       ex metric;
+};
+
+
+/** This class represents the Clifford algebra unity element. */
+class diracone : public tensor
+{
+       GINAC_DECLARE_REGISTERED_CLASS(diracone, tensor)
+
+       // non-virtual functions in this class
+protected:
+       void do_print(const print_context & c, unsigned level) const;
+       void do_print_latex(const print_latex & c, unsigned level) const;
+};
 
-    // functions overriding virtual functions from base classes
+
+/** This class represents the Clifford algebra generators (units). */
+class cliffordunit : public tensor
+{
+       GINAC_DECLARE_REGISTERED_CLASS(cliffordunit, tensor)
+
+         // other constructors
+protected:
+        cliffordunit(unsigned ti) : inherited(ti) {}
+                                                                                                    
+       // functions overriding virtual functions from base classes
 public:
-    basic * duplicate() const;
-    void printraw(ostream & os) const;
-    void printtree(ostream & os, unsigned indent) const;
-    void print(ostream & os, unsigned upper_precedence=0) const;
-    void printcsrc(ostream & os, unsigned type, unsigned upper_precedence=0) const;
-    bool info(unsigned inf) const;
+       bool contract_with(exvector::iterator self, exvector::iterator other, exvector & v) const;
+       // non-virtual functions in this class
 protected:
-    int compare_same_type(basic const & other) const;
-    ex simplify_ncmul(exvector const & v) const;
-    unsigned calchash(void) const;
-
-    // new virtual functions which can be overridden by derived classes
-    // none
-    
-    // non-virtual functions in this class
+       void do_print(const print_context & c, unsigned level) const;
+       void do_print_latex(const print_latex & c, unsigned level) const;
+};
+
+
+/** This class represents the Dirac gamma Lorentz vector. */
+class diracgamma : public cliffordunit
+{
+       GINAC_DECLARE_REGISTERED_CLASS(diracgamma, cliffordunit)
+
+       // functions overriding virtual functions from base classes
 public:
-    void setname(string const & n);
-private:
-    string & autoname_prefix(void);
+       bool contract_with(exvector::iterator self, exvector::iterator other, exvector & v) const;
 
-// member variables
+       // non-virtual functions in this class
+protected:
+       void do_print(const print_context & c, unsigned level) const;
+       void do_print_latex(const print_latex & c, unsigned level) const;
+};
 
+
+/** This class represents the Dirac gamma5 object which anticommutes with
+ *  all other gammas. */
+class diracgamma5 : public tensor
+{
+       GINAC_DECLARE_REGISTERED_CLASS(diracgamma5, tensor)
+
+       // functions overriding virtual functions from base classes
+       ex conjugate() const;
+
+       // non-virtual functions in this class
 protected:
-    string name;
-    unsigned serial; // unique serial number for comparision
-private:
-    static unsigned next_serial;
+       void do_print(const print_context & c, unsigned level) const;
+       void do_print_latex(const print_latex & c, unsigned level) const;
 };
 
-// global constants
 
-extern const clifford some_clifford;
-extern type_info const & typeid_clifford;
+/** This class represents the Dirac gammaL object which behaves like
+ *  1/2 (1-gamma5). */
+class diracgammaL : public tensor
+{
+       GINAC_DECLARE_REGISTERED_CLASS(diracgammaL, tensor)
+
+       // functions overriding virtual functions from base classes
+       ex conjugate() const;
+
+       // non-virtual functions in this class
+protected:
+       void do_print(const print_context & c, unsigned level) const;
+       void do_print_latex(const print_latex & c, unsigned level) const;
+};
+
+
+/** This class represents the Dirac gammaL object which behaves like
+ *  1/2 (1+gamma5). */
+class diracgammaR : public tensor
+{
+       GINAC_DECLARE_REGISTERED_CLASS(diracgammaR, tensor)
+
+       // functions overriding virtual functions from base classes
+       ex conjugate() const;
+
+       // non-virtual functions in this class
+protected:
+       void do_print(const print_context & c, unsigned level) const;
+       void do_print_latex(const print_latex & c, unsigned level) const;
+};
+
+
+// global functions
+
+/** Specialization of is_exactly_a<clifford>(obj) for clifford objects. */
+template<> inline bool is_exactly_a<clifford>(const basic & obj)
+{
+       return obj.tinfo()==TINFO_clifford;
+}
+
+/** Create a Clifford unity object.
+ *
+ *  @param rl Representation label
+ *  @return newly constructed object */
+ex dirac_ONE(unsigned char rl = 0);
+
+/** Create a Clifford unit object.
+ *
+ *  @param mu Index (must be of class varidx or a derived class)
+ *  @param metr Metric (must be of class tensor or a derived class)
+ *  @param rl Representation label
+ *  @return newly constructed Clifford unit object */
+ex clifford_unit(const ex & mu, const ex & metr, unsigned char rl = 0);
+
+/** Create a Dirac gamma object.
+ *
+ *  @param mu Index (must be of class varidx or a derived class)
+ *  @param rl Representation label
+ *  @return newly constructed gamma object */
+ex dirac_gamma(const ex & mu, unsigned char rl = 0);
+
+/** Create a Dirac gamma5 object.
+ *
+ *  @param rl Representation label
+ *  @return newly constructed object */
+ex dirac_gamma5(unsigned char rl = 0);
+
+/** Create a Dirac gammaL object.
+ *
+ *  @param rl Representation label
+ *  @return newly constructed object */
+ex dirac_gammaL(unsigned char rl = 0);
+
+/** Create a Dirac gammaR object.
+ *
+ *  @param rl Representation label
+ *  @return newly constructed object */
+ex dirac_gammaR(unsigned char rl = 0);
+
+/** Create a term of the form e_mu * gamma~mu with a unique index mu.
+ *
+ *  @param e Original expression
+ *  @param dim Dimension of index
+ *  @param rl Representation label */
+ex dirac_slash(const ex & e, const ex & dim, unsigned char rl = 0);
+
+/** Calculate the trace of an expression containing gamma objects with
+ *  a specified representation label. The computed trace is a linear
+ *  functional that is equal to the usual trace only in D = 4 dimensions.
+ *  In particular, the functional is not always cyclic in D != 4 dimensions
+ *  when gamma5 is involved.
+ *
+ *  @param e Expression to take the trace of
+ *  @param rl Representation label
+ *  @param trONE Expression to be returned as the trace of the unit matrix */
+ex dirac_trace(const ex & e, unsigned char rl = 0, const ex & trONE = 4);
+
+/** Bring all products of clifford objects in an expression into a canonical
+ *  order. This is not necessarily the most simple form but it will allow
+ *  to check two expressions for equality. */
+ex canonicalize_clifford(const ex & e);
+
+/** Automorphism of the Clifford algebra, simply changes signs of all 
+ *  clifford units. */
+ex clifford_prime (const ex &e) ;
+
+/** Main anti-automorphism of the Clifford algebra: make reversion 
+ * and changes signs of all clifford units*/
+inline ex clifford_bar(const ex &e) { return clifford_prime(e.conjugate());};
+
+/** Reversion of the Clifford algebra, coinsides with the conjugate() */
+inline ex clifford_star(const ex &e) {  return e.conjugate();};
+
+ex delete_ONE (const ex &e);
 
-// macros
+/** Calculation of the norm in the Clifford algebra */
+ex clifford_norm(const ex &e) ; 
 
-#define ex_to_clifford(X) static_cast<clifford const &>(*(X).bp)
+/** Calculation of the inverse in the Clifford algebra */
+ex clifford_inverse(const ex &e) ; 
 
-#endif // ndef _CLIFFORD_H_
+/** List or vector conversion into the Clifford vector 
+ *  @param v List or vector of coordinates
+ *  @param mu Index (must be of class varidx or a derived class)
+ *  @param metr Metric (must be of class tensor or a derived class) 
+ *  @param rl Representation label
+ *  @return Clifford vector with given components */
+ex lst_to_clifford(const ex &v, const ex &mu,  const ex &metr, unsigned char rl = 0) ;
 
+} // namespace GiNaC
 
+#endif // ndef __GINAC_CLIFFORD_H__