كسر التناظر التلقائي في نظرية المجال
يحدث كسر التناظر التلقائي عندما تفشل حالة أدنى طاقة للنظام في احترام تناظر قوانينه الأساسية، وهي آلية محورية في فيزياء الجسيمات والمادة المكثفة على حد سواء.
Definition
كسر التناظر التلقائي هو الحالة التي تمتلك فيها معادلات أو لاغرانج نظرية ما تناظرًا لا تشاركه الحالة الأرضية الفعلية، بحيث يتم إخفاء التناظر باختيار الفراغ بدلاً من غيابه عن الديناميكيات.
Scope
يغطي هذا الموضوع الظاهرة العامة التي يكون فيها لاغرانج نظرية المجال متناظرًا ولكن حالته الأرضية ليست كذلك، مما يؤدي إلى مجموعة متدهورة من الفراغات. ويتناول نظرية غولدستون، التي تتنبأ ببوزونات قياسية عديمة الكتلة لكل تناظر عالمي مستمر مكسور تلقائيًا، وكيفية امتصاص بوزونات غولدستون المحتملة هذه عندما يتم قياس التناظر، والتطبيقات الواسعة من الموصلية الفائقة إلى القطاع الكهروضعيف.
Core questions
- كيف يمكن أن تكون قوانين النظرية متناظرة بينما حالتها الأرضية ليست كذلك؟
- لماذا ينتج عن كسر التناظر العالمي المستمر بوزونات غولدستون عديمة الكتلة؟
- ماذا يحدث لبوزونات غولدستون عندما يكون التناظر المكسور تناظر مقياس؟
- كيف تظهر نفس الآلية في الموصلية الفائقة وفي فيزياء الجسيمات؟
Key concepts
- الفراغات المتدهورة
- معامل الترتيب وقيمة التوقع الفراغي
- بوزونات غولدستون
- كسر التناظر الكيرالي
- التناظر المخفي
- الصلة بآلية هيغز
Key theories
- نظرية غولدستون
- أظهر غولدستون أن الكسر التلقائي للتناظر العالمي المستمر ينتج بوزونًا قياسيًا واحدًا عديم الكتلة لكل مولد مكسور، وهي نتيجة تقيد طيف نظريات التناظر المكسور.
- كسر التناظر الديناميكي
- أظهر نامبو وجونا-لازينيون، بالقياس مع الموصلية الفائقة، أن التفاعلات يمكن أن تولد كتل الفرميونات ديناميكيًا وتكسر التناظر الكيرالي تلقائيًا، مع بوزونات شبه عديمة الكتلة مرتبطة بذلك مثل البيون.
Mechanisms
عندما يكون لجهد المجال مجموعة مستمرة من القيم الدنيا بدلاً من قيمة متناظرة واحدة، يجب على النظام اختيار قيمة دنيا واحدة، ولا تكلف الإثارات الصغيرة على طول الاتجاهات المسطحة للجهد أي طاقة، وتظهر كبوزونات غولدستون عديمة الكتلة. إذا كان التناظر المكسور محليًا بدلاً من كونه عالميًا، فإن هذه الأنماط عديمة الكتلة ليست فيزيائية ولكنها تصبح المكونات الطولية لبوزونات المقياس، والتي تكتسب بذلك كتلة من خلال آلية هيغز.
Clinical relevance
يرتكز كسر التناظر التلقائي على آلية هيغز التي تمنح الكتلة لبوزونات المقياس الكهروضعيفة، ويفسر خفة البيون كبوزون غولدستون تقريبي لكسر التناظر الكيرالي، ويوفر مفهومًا موحدًا يربط فيزياء الجسيمات بالموصلية الفائقة والمغناطيسية وغيرها من التحولات الطورية.
History
تم استيراد فكرة أن النظرية المتناظرة يمكن أن يكون لها حالة أرضية غير متناظرة إلى فيزياء الجسيمات من نظرية الموصلية الفائقة حوالي عام 1960 بواسطة نامبو، الذي طبقها على توليد الكتلة الديناميكي. أسست نظرية غولدستون عام 1961 ظهور البوزونات عديمة الكتلة، وأدى حل كيفية تجنبها في نظريات المقياس مباشرة إلى آلية هيغز والنظرية الكهروضعيفة، مع تكريم نامبو بجائزة نوبل عام 2008.
Key figures
- Jeffrey Goldstone
- Yoichiro Nambu
- Philip Anderson
- Steven Weinberg
Related topics
Seminal works
- goldstone1961
- nambu1961
Frequently asked questions
- ما هو بوزون غولدستون؟
- بوزون غولدستون هو جسيم قياسي عديم الكتلة يظهر عندما يتم كسر تناظر عالمي مستمر تلقائيًا، مع وجود بوزون واحد من هذا القبيل لكل مولد تناظر مكسور. في نظريات المقياس، يتم امتصاص هذه الأنماط بواسطة بوزونات المقياس.
- هل كسر التناظر التلقائي خاص بفيزياء الجسيمات فقط؟
- لا. إنها ظاهرة عامة تصف أيضًا المغناطيسية الحديدية، حيث يتم كسر التناظر الدوراني بواسطة اتجاه المغنطة، والموصلية الفائقة، التي استعيرت منها تطبيقات فيزياء الجسيمات في الأصل.