СПОНТАННОЕ НАРУШЕНИЕ СИММЕТРИИ


СПОНТАННОЕ НАРУШЕНИЕ СИММЕТРИИ
СПОНТАННОЕ НАРУШЕНИЕ СИММЕТРИИ

       
самопроизвольное нарушение симметрии, выражающееся в том, что физ. система, описываемая ур-ниями движения, к-рые обладают нек-рой симметрией, находится в состоянии, лишённом этой симметрии. С. н. с. происходит в тех случаях, когда симметричное состояние не обладает миним. энергией и поэтому энергетически невыгодно, а наннизшее (с миним, энергией) состояние неоднозначно (вырождено), т. е. ему соответствует серия решений, каждое из к-рых по отдельности не обладает указанной симметрией (при преобразовании симметрии одно решение этой серии переходит в другое). С. н. с. означает, что реализуется одно из этих решений.
СПОНТАННОЕ НАРУШЕНИЕ СИММЕТРИИ
Примером С. н. с. может служить простая механич. модель: абсолютно симметричная относительно оси бутылка с выпуклым дном (рис.), в к-рую строго по оси падает шарик. Условие задачи и ур-ния движения шарика абсолютно симметричны относительно поворота вокруг оси бутылки. Однако результат получится несимметричным: шарик окажется у стенки, в стороне от оси. Исходная симметрия спонтанно нарушилась. Она проявляется лишь в том, что шарик может скатиться в любую сторону от оси, т. е. наинизшее состояние вырождено относительно поворотов вокруг оси. В квант. теории поля такому нарушению глобальной симметрии отвечает появление ч-ц с нулевой массой и нулевым спином, к-рые наз. голдстоуновскими бозонами.
С. н. с. встречается в разнообразных физ. ситуациях. Примерами могут служить потеря устойчивости стержня под действием продольной нагрузки (продольный изгиб) и возникновение спонтанной намагниченности у ферромагнетиков. Механизм С. н. с. лежит также в основе явлений сверхтекучести и сверхпроводимости.
Последоват. метод анализа систем с вырожденным нижним энергетич. состоянием в квант. статистике был развит Н. Н. Боголюбовым в нач. 60-х гг. (т. н. метод квазисредних). В дальнейшем механизм С. н. с. получил широкое распространение в квант. теории поля. Было показано, что в калибровочных теориях С. н. с. может приводить к появлению конечной массы у безмассовых калибровочных ч-ц (т. н. эффект Хиггса; (см. ХИГГСА ПОЛЕ)). Поэтому механизм С. н. с. лёг в основу единой калибровочной теории слабого и эл.-магн. вз-ствий, где он обеспечивает появление массы у промежуточных векторных бозонов (см. СЛАБОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ).

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

СПОНТАННОЕ НАРУШЕНИЕ СИММЕТРИИ

- частичная или полная потерясистемой имеющейся в ней симметрии, выражающаяся в том, что энергетическиили термодинамически наиб. выгодные состояния системы обладают меньшейсимметрией, чем ур-ния, её описывающие, причём преобразования симметриипереводят эти состояния друг в друга. Примером системы со С. н. с. можетслужить изотропный ферромагнетик, состоящий из локализов. спинов. <Такая система инвариантна относительно трёхмерных вращений, т. е. преобразованияиз группы SU(3); вместе с тем её энергия становится минимальной, <когда все спины выстраиваются в одном (произвольном) направлении. Еслиэто происходит, то в системе появляется ненулевой магн. момент и остаётсяинвариантность относительно вращений лишь в плоскости, ему ортогональной. <Т. о., SU(3)- симметрия системы нарушается до SU(2)-симметрии.

Идея о возможности С. н. с. восходит к Л. Д. Ландау, к-рый отметил вкачестве общей черты фазовых переходов 2-го рода возникновение в точкеперехода нового типа симметрии (см. Ландау теория); эту идею можносформулировать и в др. форме: при фазовом переходе спонтанно нарушаетсясимметрия системы.

Известно большое число примеров С. н. с. В теории конденсированногосостояния к ним можно отнести явления ферромагнетизма, сверхтекучести и сверхпроводимости, в теории элементарных частиц - модели электрослабоговзаимодействия.

Математически корректный способ описания С. н. с., пригодный как дляквантовой теории поля (КТП), так и для классич. и квантовой статистик, <был предложен Н. Н. Боголюбовым в 1960 и носит назв. метода квазисредних. Идея метода заключается в следующем. Система подвергается воздействиювнеш. поля, нарушающего её симметрию, после чего поле устремляется к нулю. <Т. к. внеш. поле нарушает симметрию системы, в ней может возникнуть ненулевоесреднее от величины, неинвариантной относительно группы симметрии невозмущённойсистемы. Если при сгремлении внеш. поля к нулю это среднее не обращаетсяв нуль, то говорят, что в системе имеется спонтанное среднее (или конденсат),нарушающее симметрию. Т. о. симметрия системы понизилась и в системе возник дальний и ближний порядок, характеризующийся параметром порядка (как правило, совпадающий с отличным от нуля квазисредним).

В КТП, где все усреднения проводятся по осн. состоянию системы, или вакууму, эффект С. н. с. соответствует эффекту вырождения вакуума. Группой, до к-рой нарушается симметрия, является подгруппа группы симметрии, <переводящая вакуум в себя, а все вакуумы теории параметризуются элементамифактор-пространства (дополнит. пространства) группы симметрии по подгруппе, <до к-рой нарушается симметрия. Включение внеш. поля, нарушающего симметриюсистемы до группы инвариантности вакуума, полностью снимает вырождение, <и усреднение проводится по единств. осн. состоянию, причём при стремлениивнеш. поля к нулю это состояние стремится к одному из вакуумов невозмущённойтеории. Т. о., применение метода квазисредних в КТП сводится к выбору осн. <состояния, по к-рому проводятся усреднения, а неинвариантность ненулевыхспонтанных средних (см. Вакуумный конденсат )относительно группысимметрии системы является следствием неинвариантности вакуумов по отношениюк этой группе.

В случае, когда нарушается непрерывная симметрия, в системе существуютфлуктуации, представляющие собой колебания спонтанного среднего в направлениях, <отвечающих его изменениям под действием группы симметрии. Те флуктуации, <к-рые при стремлении их характерных размеров к бесконечности происходятбез увеличения энергии, наз. голдстоуновскими модами. Кол-во голдстоуновскихмод равно размерности фактор-пространства группы высокой симметрии по подгруппенизкой (остаточной) симметрии. В КТП голдстоуновским модам соответствуютэлементарные возбуждения, или квазичастицы с бесщелевым спектром- безмассовые голдстоуновские частицы ( голдстоуновские бозоны, голдстоуновскиефермионы,). Утверждение о том, что в КТП со спонтанно нарушенной непрерывнойсимметрией имеются безмассовые частицы, наз. Голдстоуна теоремой (внерелятивистской теории многих тел это утверждение доказано Н. Н. Боголюбовыми наз. теоремой о 1/q2; см. Боголюбова теорема). Принарушении дискретной симметрии голдстоуновские моды, естественно, не появляются.

Анализ возможности С. н. с. часто начинают с нахождения классич. решений, <минимизирующих гамильтониан. Если для таких решений имеется вырождение, <то говорят о нарушении симметрии на классическом уровне. При этом можетоказаться, что учёт флуктуации приведёт к обращению спонтанных среднихв нуль. Поскольку флуктуации уменьшаются с ростом числа степеней свободы, <их роль возрастает в системах с низкой размерностью, причём наиб. сильнымиявляются длинноволновые голдстоуновские флуктуации, т. к. они сопровождаютсяочень малым увеличением энергии. Всё это приводит к тому, что спонтанноенарушение непрерывной симметрии возможно лишь в системах размерности вышедвух (см. Мёрмина - Вагнера теорема). В одно- и двумерных системахспонтанное нарушение непрерывной симметрии на классич. уровне сопровождаетсябесконечно большими голдстоуновскими флуктуациями и симметрия восстанавливается. <При этом в двумерных системах дискретная симметрия может нарушаться, какэто происходит, напр., в Изинга модели. В одномерных системах дажефлуктуации с неисчезающей в ДВ-пределе энергией становятся достаточно сильнымидля того, чтобы восстановить любую нарушенную симметрию. Механизм восстановлениядискретной симметрии в одномерных системах состоит в том, что системе становитсятермодинамически выгодно разбиться на участки малого размера (домены) совсевозможными допустимыми значениями спонтанного среднего, что приводитк восстановлению симметрии.

В случае, когда непрерывная симметрия в системе из-за взаимодействияс калибровочным полем становится локальной (т. е. допускаются преобразования, <зависящие от координат), её нарушение не сопровождается появлением голдстоуновскихмод, т. к. в данной ситуации голдстоуновские моды являются чисто калибровочными, <т. е. нефизическими. Однако соответствующие компоненты калибровочного полямогут приобретать массу и становятся наблюдаемыми, как, напр., промежуточныевекторные бозоны в стандартной теории электрослабого взаимодействия. Этот эффект наз. эффектом Хиггса, а механизм, к нему приводящий,- Хиггсамеханизмом.

Отметим, что С. н. с. в КТП не следует связывать с нарушением симметриииз-за возникновения аномалий: аномалии появляются вследствие невозможностиинвариантной регуляризации классич. гамильтониана, и поэтому данное нарушениесимметрии обусловлено лишь тем, что квантовый гамильтониан обладает болеенизкой симметрией по сравнению с классическим,

Лит.: Боголюбов Н. Н., Квазисредние в задачах статистическоймеханики, 2 изд., Дубна, 1963; П а т а ш и н с к и й А. 3., ПокровскийВ. Л., Флуктуационная теория фазовых переходов, 2 изд., М., 1982; КоулменС., Тайная симметрия: введение в теорию спонтанного нарушения симметриии калибровочных полей, в сб.: Квантовая теория калибровочных полей, пер. <с англ., М., 1977; Бернстейн Д ж., Спонтанное нарушение симметрии, калибровочныетеории, механизм Хиггса и т. п., там же; Г р и б А. А., Проблема неинвариантностивакуума в квантовой теории поля, М., 1978; Боголюбов Н. Н., Ш и р к о вД. В., Квантовые поля, М., 1980. В. П. Шелест.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "СПОНТАННОЕ НАРУШЕНИЕ СИММЕТРИИ" в других словарях:

  • Спонтанное нарушение симметрии — физическая ситуация, когда основное состояние системы, взаимодействия в которой имеют некоторую симметрию, не обладает этой симметрией. Примером является спонтанное намагничивание ферромагнетиков, которое порождает выделенное направление при… …   Википедия

  • спонтанное нарушение симметрии — savaiminė simetrijos pažaida statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. spontaneous symmetry breaking vok. spontaner Symmetriebrechung, f rus. спонтанное нарушение симметрии, n pranc. brisure spontanée de symétrie, f; rupture spontanée de… …   Fizikos terminų žodynas

  • спонтанное нарушение симметрии — Нарушение симметрии вследствие самопроизвольного перехода физической системы из состояния с определенной симметрией в состояние, не обладающее этой симметрией …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • Спонтанное нарушение симметрии — (от лат. spontanius добровольный, произвольный) утрата какой либо динамической системы (ферромагнетиком, сверхпроводником, мультиплетом тождественных элементарных частиц, локально неопределенной (лево правой) симметрии, обусловливающая появление… …   Начала современного естествознания

  • СПОНТАННОЕ НАРУШЕНИЕ СУПЕРСИММЕТРИИ — осуществляется в ситуациях …   Физическая энциклопедия

  • Спонтанное нарушение электрослабой симметрии — Спонтанное нарушение электрослабой симметрии  явление в теории электрослабого взаимодействия, заключающееся в том, что калибровочные W± и Z бозоны, отвечающие за слабое взаимодействие, становятся массивными, в то время как фотон остаётся… …   Википедия

  • Механизм Хиггса — Стиль этой статьи неэнциклопедичен или нарушает нормы русского языка. Статью следует исправить согласно стилистическим правилам Википедии. Хиггсовский механизм или механизм Хиггса (точнее, механизм Андерсона  Хиггса), предложенный ан …   Википедия

  • Взаимодействие Юкавы — В физике элементарных частиц взаимодействие Юкавы, названное в честь Хидэки Юкавы, это взаимодействие между скалярным полем и дираковским полем : (скаляр) или (псевдоскаляр). Взаимодействие Юкавы можно использовать для описания сильных ядерных… …   Википедия

  • Механизм Андерсона-Хиггса — Хиггсовский механизм или механизм Хиггса (точнее, механизм Андерсона Хиггса), предложенный английским физиком Питером Хиггсом в 1964 г. и основанный на предположении Филиппа Андерсона, теория, которая описывает, как приобретают массы все… …   Википедия

  • Хиггсовский механизм — или механизм Хиггса (точнее, механизм Андерсона Хиггса), предложенный английским физиком Питером Хиггсом в 1964 г. и основанный на предположении Филиппа Андерсона, теория, которая описывает, как приобретают массы все элементарные частицы.… …   Википедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.