Spontán szimmetriasértés
A legtöbb szimmetria merül fel, amikor egy bizonyos eszményítésével a problémát (lásd. A szimmetria a természeti törvények). Elszámolása hatásainak bonyolultabb kölcsönhatások vezet zavar a szimmetria. Például, a független energia a hidrogénatom az orbitális impulzusmomentum pontatlan, és a szimmetria zavart enyhén, figyelembe véve a relativisztikus korrekciók a mozgását elektronok (lásd. A relativisztikus mechanika). Még megmaradási kapcsolódó térbeli szimmetria nagyon gyenge, de még mindig sérti a inhomogenitása a világegyetem időben és térben.
Van sokkal fontosabb szimmetriasértés - spontán (spontán). Ez abban a tényben rejlik, hogy a rendszer által leírt törvényei szimmetrikus kiegyensúlyozott, és kielégíti a kezdeti feltételek, vannak aszimmetrikus végső állapotban. Vegyük például a következő egyszerű kísérletet. Hagyja, hogy a fémrúd tömörítést egy hidraulikus présben, úgy, hogy az egész rendszert és annak minden meglévő erők hengeres szimmetriával. Amikor a rúd nyomóerő meghaladja a hajlítószilárdság, a rendszer instabillá válik, és a rúd van hajlítva (majd lebontja) bármilyen tetszőleges azimut irányba. Így a henger szimmetrikus rendszer spontán bement egy állam, amely nem rendelkezik az eredeti szimmetria.
Itt egy másik példa. Hagyja, hogy a labda esik a tengelyen a csésze az alsó, amelynek a formája egy konvex gömbölyű féltekén. Ismét, a rendszer hengerszimmetrikus és minden meglévő hatáskörében kielégítik azt a feltételt, hengeres szimmetria. Azonban a helyzet a labda tetején a gömb instabil, és legurul. A végső állapot újra már nem az eredeti, hengeres szimmetriát.
Tekintsük a következő a folyadékot, amelyben az atomok véletlenszerűen vannak elrendezve, és a közöttük lévő interakciókat kielégítik a szimmetria feltételt képest elfordulás és transzlációs szimmetria - tekintetében fordítások. Ha a folyadék kristályosítjuk, van egy végleges állapot, amelyben mindkét szimmetriák sérülnek.
Mindezek a jelenségek spontán szimmetriasértés, azzal jellemezve, számos közös jellemzői. Úgy fordul elő, amikor a kiegyensúlyozott állapot instabil, befolyása alatt kis zavarások bejut az energetikailag kedvezőbb kiegyensúlyozatlan állapot. Azonban a kezdeti szimmetria ró mégis nyomot a végső állapot. Mi lesz megismételni a kísérletet a labda esik a domború a pohár aljára sokszor. Ezután a labda egyformán valószínű beleesik az összes lehetséges pozícióját az azimut. És ezek az államok egymásba egy elforgatás műveletet egy függőleges tengely körül - a szimmetria tengelye az eredeti rendszer. Ugyanez fog történni a többi példát a fentiekben tárgyaltuk. Tehát, ha van egy végső állapotban, ahol a kezdeti szimmetria van törve egy bizonyos módon, hogy azonos valószínűséggel fordulhat elő, és minden egyéb feltétel ebből eredő első állapotot a kezdeti szimmetria transzformációk.
Spontán szimmetriasértés nagyban álcázzák a szimmetria a fizikai törvények. Képzeld el a kis „ember” élő belül a nagy kristály. Az ő „béke” Space méhsejt szerkezetű, és elkötelezett területeken. Ezért a „ember” nem könnyű, hogy a kezdeti térbeli izotrópia és transzlációs szimmetria, jellemző közötti kölcsönhatás a molekulák az anyag.
Spontán szimmetriasértés fordul elő a természetben minden alkalommal. Egy csepp víz az asztalon fekvő - egy példa szimmetriasértés: valójában egy kölcsönhatás a molekulák és a molekulák a táblázat lehetővé teszi a szimmetrikus oldatot - vizet szét vékonyan az asztalon. De ez a megoldás energetikailag kedvezőtlen a kis csepp.
A atommag nukleonra csepp folyadék - ez is egy példája megsértése transzlációs szimmetria. Nem csak gömb alakú, de a „deformált” magok, amelyek egy ellipszoid alakú, - sérti a nem csak a fordítást, hanem forgásszimmetrikus.
Spontán szimmetriasértés - egy nagyon gyakori jelenség a makroszkopikus fizika. Azonban megértsük ezeket a tényeket, ez a nagy energiájú fizika nagy késéssel. Nem minden fizikus tanult az elmélet az elemi részecskék, azonnal vettük a lehetőséget aszimmetrikus megoldások szimmetrikus rendszerekben.
Általános szabály, hogy a legtöbb elemi részecskefizika szimmetria - hozzávetőleges: azok érvényesek bizonyos kölcsönhatások és egyéb interakciók megsértették gyengébb. Példák az ilyen törött szimmetriák - .. a szimmetria a jelenségek a természet tekintetében tükröződő visszaverődések, szimmetria az átmenetet a részecskék antirészecskéi, idő-megfordítása szimmetria, izotópos invariancia (.. Azaz, a szimmetria az erős kölcsönhatás a protonok és neutronok), stb Mindezek közelítőek, és enyhén megsértik. És értsék a természet ilyen jogsértések elég nehéz volt. Ez az, ahol ez az ötlet a spontán szimmetriasértés. Produktív tendencia elemi részecske elmélet áll a feltételezés, hogy a rendkívül rövid távolságokra, vagy extra nagy impulzusú „uralkodik” maximális szimmetria. De az átmenet az alacsonyabb energiák van spontán törés ami nagyban álcázni ezt a szimmetriát. Így, az elmélet a elektrogyenge kölcsönhatás, egyesítve elektrodinamika és gyenge kölcsönhatások által szupernagy energiák (nagyságrendű október 15 GeV), négy egyenlő tömegtelen területen, amely, mivel a spontán törés alacsonyabb energiákon átalakítják három hatalmas közbenső bozon és egy tömegtelen foton: szimmetrikus rendszer, így Ez retooled hogy három részecskék tömege 100 GeV és egy részecske a tömeg zérus. A megjelenése masszív barionok rendszer tömegtelen gluonok és túró (lásd Erős kölcsönhatás.) - egy másik példa a spontán szimmetria.
Azt gondolhatnánk, hogy sok más szimmetria - tükör szimmetria, a szimmetria a részecskék és antirészecskéi stb-nem pontosak, mivel a spontán törés .. Más szóval, az eredeti fizika törvényei szimmetrikus lehet, és a megfigyelt aszimmetria annak a ténynek köszönhető, hogy létezik a világon spontán törött szimmetriák. Így van, hogy bizonyos mértékben emlékeztet a „kis ember” él a kristály, és kíváncsi kiegyensúlyozatlan jellegét „béke”.
Ezek a példák azt mutatják, néhány alapvető tulajdonságait részecske határoztuk jelenség a spontán szimmetriasértés.