Ruperea spontană a simetriei

De la Wikipedia, enciclopedia liberă

în fizică, ruperea spontană a simetriei este fenomenul ce are loc când un sistem simetric în raport cu un oarecare grup de simetrie intră într-o stare asimetrică de vid cuantic. În acest punct, sistemul nu mai pare să se comporte într-o manieră simetrică. Este un fenomen care are loc natural în multe situaţii. Grupul de simetrie poate fi discret, cum ar fi grupul spaţial al unui cristal, sau continuu, cum ar fi simetria de rotaţie a spaţiului.

Un exemplu comun care ajută la explicarea acestui fenomen este o minge care stă în vârful unui deal. Această minge este într-o stare complet simetrică. Totuşi, starea nu este stabilă: mingea se poate rostogoli cu uşurinţă la vale. La un moment dat, mingea se rostogoleşte la vale într-o direcţie sau în alta. Simetria s-a rupt, deoarece direcţia în care s-a rostogolit mingea a căpătat o importanţă diferită de cea a celorlalte direcţii în care s-ar fi putut duce.

[modifică] Exemplu matematic: potenţialul pălăriei mexicane

În cel mai simplu exemplu, un câmp cu simetria ruptă spontan este descris de o teorie a câmpurilor scalare. În fizică, un mod de a vedea ruperea spontană a simetriei este prin intermediul lagrangianului, un operator care dă diferenţa între energia cinetică şi cea potenţială a unui sistem fizic. Lagrangianul, care dictează felul în care se va comporta un sistem, poate fi împărţit în cei doi termeni ai săi: potenţialul şi termenul cinetic

În termenul potenţial (V(φ)) are loc acţiunea de rupere a simetriei. Un exemplu de potenţial îl reprezintă funcţia reprezentată grafic în imagine şi dat de formula:

Potenţialul acesta are multe puncte de minim (stări de vid) date de ecuaţia

pentru orice θ real între 0 şi 2π. Sistemul are şi o stare de vid instabilă corespunzătoare lui Φ = 0. Această stare prezintă simetrie U(1). Totuşi, odată ce sistemul cade într-o anumită stare de vid stabilă (corespunzătoare alegerii unui θ) această simetrie se pierde şi este ruptă spontan.

[modifică] Mecanismul Higgs

În Modelul Standard, ruperea spontană a simetriei este realizată prin intermediul bosonului Higgs şi este răspunzătoare pentru masele bosonilor W şi Z. Un fenomen prin care o rupere spontană a simetriei determină fermionii să capete masă este interacţiunea Yukawa.