rupere spontană de simetrie
rupere spontană de simetrie
Cele mai multe dintre simetrie apare atunci când o anumită idealizare a problemei (a se vedea. Simetria legilor naturii). Contabilizarea efectelor de interacțiuni mai complexe duce la o perturbare de simetrie. De exemplu, energia independentă a atomului de hidrogen din momentul cinetic orbital este inexactă, iar simetria este perturbată ușor, ținând cont de corecțiile relativiste mișcării electronilor (vezi. Mecanica relativiste). Chiar și legile de conservare legate de simetria spațială este foarte slabă, dar încă încalcă neomogenitatea universului în timp și spațiu.
Nu este mult mai important de rupere de simetrie - spontană (spontană). Acesta se află în faptul că sistemul descris de legile simetrice echilibrate și care îndeplinește condițiile inițiale, există stare finală asimetrică. De exemplu, luați în considerare următorul experiment simplu. Lăsați tija de metal este comprimat într-o presă hidraulică, astfel încât întregul sistem și toate forțele sale existente au simetrie cilindrică. Atunci când forța de presiune tijă depășește rezistența la încovoiere, sistemul devine instabil și tija este îndoit (și apoi se descompune) în orice direcție azimutală arbitrar. Astfel, sistemul simetric cilindric a mers în mod spontan într-o stare care nu are simetria originală.
Aici este un alt exemplu. Să mingea cade pe axa cupei la partea de jos, având forma unei emisfere sferică convexă. Din nou, sistemul este simetrică și toate cilindric puterile sale existente îndeplinesc condiția de simetrie cilindrică. Cu toate acestea, poziția mingea în partea de sus a sferei este instabilă și se rostogolește în jos. Starea finală este din nou nu mai are simetrie cilindrică originală.
Luați în considerare următorul lichid în care atomii sunt aranjate aleatoriu și interacțiunile dintre ele satisfac condiția simetrie în raport cu mișcarea de rotație și translație simetrie - în ceea ce privește traducerile. Dacă lichidul este cristalizat, există o stare finală, în care ambele aceste simetrii sunt încălcate.
Toate aceste fenomene de rupere spontană a simetriei, caracterizate printr-o serie de caracteristici comune. Ele apar atunci când starea de echilibru sunt instabile și sub influența perturbațiilor mici trec în starea dezechilibrată energetic mai favorabilă. Cu toate acestea, simetria inițială impune, totuși amprenta asupra statutului final. Vom repeta experimentul cu mingea care cade pe fundul convexă ori de sticlă multe. Apoi, mingea este la fel de probabil, se încadrează în toate pozițiile posibile ale azimutul. Și aceste state una în alta la o operații de pivotare în jurul unei axe verticale - axa de simetrie a sistemului original. Același lucru se va întâmpla în alte exemple discutate mai sus. Astfel, dacă există o stare finală, în care simetria inițială este rupt într-un anumit fel, încât cu probabilitate egală pot să apară și toate celelalte condiții care rezultă din această primă stare folosind transformările inițiale de simetrie.
Rupere spontană de simetrie se poate ascunde foarte mult simetria legilor fizice. Imaginați-vă puțin „om“ viu în interiorul mari de cristal. În lucrarea sa „pace“ Space are o structură de tip fagure, și le-a dedicat zone. Prin urmare, nostru „omul“ nu este ușor pentru a ajunge la izotropia spațială inițială și simetria de translație, caracteristice ale interacțiunii dintre moleculele substanței.
Rupere spontană de simetrie se găsește în natură la fiecare pas. O picătură de apă situată pe masă - un exemplu de simetrie de rupere: de fapt, o interacțiune între moleculele și moleculele din tabel permite o soluție simetrică - apă se întinde subțire pe masă. Dar această soluție este nefavorabilă pentru punct de vedere energetic picături mici.
Nucleul atomic este picătură nucleon de lichid - este, de asemenea, un exemplu de violare a simetriei de translație. Nu sunt doar sferice, ci nuclee „deformate“ care au o formă elipsoidală, - o încălcare a nu numai traducerea, dar, de asemenea, simetrie de rotație.
simetrie de rupere spontană - un fenomen foarte frecvente în fizica macroscopică. Cu toate acestea, înțelegerea acestor fapte, este în fizica de mare energie, cu o mare întârziere. Nu toți fizicienii au studiat teoria particulelor elementare, imediat am avut oportunitatea de soluții asimetrice în sistemele simetrice.
De regulă, majoritatea elementare simetrie fizica particulelor - aproximative: acestea sunt valabile pentru anumite interacțiuni și a încălcat alte interacțiuni mai slabe. Exemple ale acestor simetrii rupte - .. Simetria fenomenele naturii în ceea ce privește reflexii speculare, simetrie în ceea ce privește trecerea de la particule la antiparticule, timp inversare simetrie, invarianță izotopică (.. Adică, simetria puternice interacțiunile dintre protoni și neutroni) etc. Toate acestea sunt aproximative și ușor încălcat. Și dobândi o înțelegere a naturii acestor încălcări a fost destul de dificil. Acest lucru este în cazul în care este ideea de rupere spontană de simetrie. Teoria particulelor elementare tendință productive constă în ipoteza că la distanțe extrem de scurte sau la Impulsul foarte mare „domnește“ simetrie maximă. Dar trecerea la energii mai mici există o rupere spontană, care poate ascunde foarte mult această simetrie. Astfel, în teoria interacțiunii electroslabe, electrodinamică unind și interacțiuni slabe de energiile superhigh (de ordinul a 1015 GeV), există patru câmp fără masă egale, care, din cauza ruperii spontane la energii mai mici sunt transformate în trei masive boson intermediar și un foton fără masă: sistem simetric deoarece retooled că există trei particule cu o masă de 100 GeV și o particulă cu masa zero. Apariția sistemului barionii gluoni masive și lipsite de masă quarc (a se vedea interacțiunea puternică.) - este un alt exemplu de simetrie spontană.
S-ar putea crede că multe alte simetrie - simetrie în oglindă, simetria între particule și antiparticule, etc - .. imprecisă din cauza ruperii spontane. Cu alte cuvinte, legile originale ale fizicii sunt simetrice posibil, iar asimetria observată datorită faptului că există în lume, cu simetrii rupte spontan.
Astfel, avem într-o oarecare măsură, care amintește de „oameni mici“, care trăiesc în cristal și întrebându-se natura dezechilibrată a acesteia „pace“. Aceste exemple arată unele proprietăți fundamentale ale fenomenului particulelor determinate de rupere spontană de simetrie.