Spontán szimmetriasértés a térelméletben

Spontán szimmetriasértés akkor következik be, amikor egy rendszer legalacsonyabb energiájú állapota nem tartja tiszteletben az alapul szolgáló törvények szimmetriáját, ami a részecskefizika és a kondenzált anyagok fizikájának egyaránt központi mechanizmusa.

Definition

A spontán szimmetriasértés az a helyzet, amikor egy elmélet egyenletei vagy Lagrange-függvénye olyan szimmetriával rendelkeznek, amelyet a tényleges alapállapot nem oszt, így a szimmetria a vákuum megválasztása által rejtett, nem pedig hiányzik a dinamikából.

Scope

Ez a téma azt az általános jelenséget tárgyalja, amelyben egy térelmélet Lagrange-függvénye szimmetrikus, de annak alapállapota nem, ami elfajult vákuumhalmazhoz vezet. Foglalkozik Goldstone tételével, amely tömegtelen skaláris bozonokat jósol minden spontán módon megsértett folytonos globális szimmetria esetén, azzal, hogy ezeket a "leendő" Goldstone-bozonokat hogyan nyelik el, amikor a szimmetria mértékelméleti, és a széles körű alkalmazásokkal a szupravezetésből az elektrogyenge szektorig.

Core questions

• Hogyan lehet egy elmélet törvénye szimmetrikus, miközben annak alapállapota nem?
• Miért hoz létre tömegtelen Goldstone-bozonokat egy folytonos globális szimmetria megsértése?
• Mi történik a Goldstone-bozonokkal, ha a megsértett szimmetria mértékszimmetria?
• Hogyan jelenik meg ugyanaz a mechanizmus a szupravezetésben és a részecskefizikában?

Key concepts

• Elfajult vákuumok
• Rendparaméter és vákuum várható értéke
• Goldstone-bozonok
• Királis szimmetriasértés
• Rejtett szimmetria
• Kapcsolat a Higgs-mechanizmussal

Key theories

Goldstone-tétel

Goldstone kimutatta, hogy egy folytonos globális szimmetria spontán megsértése egy tömegtelen skaláris bozont hoz létre minden megsértett generátorhoz, ami korlátozza a megsértett szimmetriájú elméletek spektrumát.

Dinamikus szimmetriasértés

Nambu és Jona-Lasinio a szupravezetéssel való analógia alapján demonstrálták, hogy az interakciók dinamikusan generálhatnak fermiontömegeket és spontán módon megsérthetik a királis szimmetriát, a kapcsolódó közel tömegtelen bozonokkal, mint például a pion.

Mechanisms

Amikor egy térpotenciálnak folytonos minimumhalmaza van egyetlen szimmetrikus helyett, a rendszernek ki kell választania egy minimumot, és a potenciál lapos irányai mentén történő kis gerjesztések nem igényelnek energiát, tömegtelen Goldstone-bozonokként jelennek meg. Ha a megsértett szimmetria lokális, nem pedig globális, ezek a tömegtelen módusok nem fizikaiak, hanem a mértékbozonok longitudinális komponenseivé válnak, amelyek ezáltal a Higgs-mechanizmuson keresztül tömeget kapnak.

Clinical relevance

A spontán szimmetriasértés alapja a Higgs-mechanizmusnak, amely tömeget ad az elektrogyenge mértékbozonoknak, megmagyarázza a pion könnyűségét, mint a királis szimmetriasértés közelítő Goldstone-bozonját, és egyesítő koncepciót biztosít, amely összekapcsolja a részecskefizikát a szupravezetéssel, a mágnesességgel és más fázisátmenetekkel.

History

Az a gondolat, hogy egy szimmetrikus elméletnek aszimmetrikus alapállapota lehet, Nambu importálta a részecskefizikába a szupravezetés elméletéből 1960 körül, aki azt a dinamikus tömeggenerálásra alkalmazta. Goldstone 1961-es tétele megalapozta a tömegtelen bozonok megjelenését, és az a megoldás, hogy hogyan lehet elkerülni őket a mértékelméletekben, közvetlenül a Higgs-mechanizmushoz és az elektrogyenge elmélethez vezetett, Nambu pedig 2008-ban Nobel-díjat kapott.

Key figures

• Jeffrey Goldstone
• Yoichiro Nambu
• Philip Anderson
• Steven Weinberg

Seminal works

• goldstone1961
• nambu1961

Frequently asked questions

Mi az a Goldstone-bozon?

A Goldstone-bozon egy tömegtelen skaláris részecske, amely akkor jelenik meg, amikor egy folytonos globális szimmetria spontán módon megsérül, minden megsértett szimmetriagenerátorhoz egy ilyen bozon tartozik. A mértékelméletekben ezeket a módusokat a mértékbozonok nyelik el.

A spontán szimmetriasértés egyedi a részecskefizikában?

Nem. Ez egy általános jelenség, amely leírja a ferromágnesességet is, ahol a forgásszimmetriát egy mágnesezési irány sérti meg, és a szupravezetést, ahonnan a részecskefizikai alkalmazásokat eredetileg kölcsönözték.