Кіріспе
Физикалық процесс, жүйе симметриялық күйден тәртіпті күйге өтуі. Физикада симметрияның бұзылуы – тәртіпсіз, бірақ симметриялық күйдің тәртіпті, бірақ симметриясы төмен күйге құлдырауы. Бұл құлдырау көбінесе бөлшектің төменгі энергиялық деңгейге жақындағанда болатын көптеген мүмкін тармақталулардың бірі болып табылады. Көптеген мүмкіндіктердің болуына байланысты, бақылаушы құлдыраудың нәтижесін кездейсоқ деп есептеуі мүмкін. Бұл құбылыс кванттық өрістер теориясының (QFT) және физиканың қазіргі заманауи түсініктерінің негізгі құралы болып табылады. Атап айтқанда, ол электроәлсіз секторды модельдейтін стандартты модельдің бөлігі болып табылатын Глашоу-Вайнберг-Салам моделінде маңызды рөл атқарады. Шексіз жүйеде (Минковский кеңістігінде) симметрияның бұзылуы орын алады, бірақ шекті жүйеде (яғни, кез келген нақтырақ суперконденсатталған жүйеде) жүйенің болжауы қиын, бірақ көп жағдайда кванттық туннельдеу пайда болады. Симметрияның бұзылуы және туннельдеу бөлшектің төменгі энергияны іздеу кезінде симметриясыз күйге құлауы арқылы байланысты. Симметрияның бұзылуы екі түрге бөлінеді: анық және спонтанды. Олар қозғалыс теңдеулерінің инварианттылығының жоқтығымен немесе негізгі күйдің инварианттылығының жоқтығымен сипатталады.
In physics, symmetry breaking is a phenomenon where a disordered but symmetric state collapses into an ordered, but less symmetric state. This collapse is often one of many possible bifurcations that a particle can take as it approaches a lower energy state. Due to the many possibilities, an observer may assume the result of the collapse to be arbitrary. This phenomenon is fundamental to quantum field theory (QFT), and further, contemporary understandings of physics. Specifically, it plays a central role in the Glashow–Weinberg–Salam model which forms part of the Standard model modelling the electroweak sector. In an infinite system (Minkowski spacetime) symmetry breaking occurs, however in a finite system (that is, any real super condensed system), the system is less predictable, but in many cases quantum tunneling occurs. Symmetry breaking and tunneling relate through the collapse of a particle into non symmetric state as it seeks a lower energy. Symmetry breaking can be distinguished into two types, explicit and spontaneous. They are characterized by whether the equations of motion fail to be invariant, or the ground state fails to be invariant.
Техникалық емес сипаттама
Бұл бөлімде спонтандық симметрияның бұзылуы сипатталады. Бұл физикалық жүйе үшін ең төменгі энергиялық конфигурация (вакуумдық күй) жүйенің ең симметриялық конфигурациясы емес деген идея. Жалпы алғанда, үш түрлі симметрия бұзылуы мүмкін: дискретті, үздіксіз және өлшегіш, олар техникалық қиындығы бойынша реттелген. Дискретті симметрияға ие жүйенің мысалы қызыл графикте көрсетілген: гравитация әсерімен осы графикте қозғалатын бөлшекті қарастырайық. Осыған ұқсас графикті функция арқылы да беруге болады. Бұл жүйе y осьіне қатысты кері айналдырылғанда симметриялы болады. Бөлшектің үш мүмкін тұрақты күйі бар: төбеде, немесе ең төменгі нүктеде. Бөлшек төбеде болғанда, конфигурация кері айналу симметриясын сақтайды: кері айналдырылғанда бөлшек сол жерде қалады. Дегенмен, ең төменгі энергиялық конфигурациялар – бұл ең төменгі нүктедегі күйлер. Бөлшек осы конфигурациялардың бірінде болғанда, ол енді y осьіне қатысты кері айналдырылғанда өзгермейді: кері айналу екі вакуумдық күйді алмастырады. Үздіксіз симметрияға мысал ретінде алдыңғы мысалдың 3D аналогы келтіріледі, яғни графикті дөңгелектің жоғарғы жағынан өтетін осьтің айналасында айналдыру, немесе Мексикалық шляпа потенциалының графигі. Бұл дөңгелектің жоғарғы жағынан өтетін осьтің айналасында айналу арқылы берілген үздіксіз симметрияға ие (сондай-ақ, кез келген радиалдық жазықтық бойынша кері айналу арқылы дискретті симметрия да бар). Егер бөлшек дөңгелектің жоғарғы жағында болса, ол айналу кезінде өзгермейді, бірақ онда гравитациялық энергиясы жоғары. Ең төменгі нүктеде ол айналу кезінде инвариантты болмайды, бірақ гравитациялық потенциалдық энергиясын азайтады. Сонымен қатар, айналу бөлшекті энергияны азайтатын бір конфигурациядан екіншісіне көшіреді. Бұл алдыңғы мысалда көрінбеген жаңалық: кез келген вакуумдық күйден, төбесінің түбіндегі ойықты айналып өту арқылы, тек аз ғана энергия жұмсап, кез келген басқа вакуумдық күйге қол жеткізуге болады, ал алдыңғы мысалда, басқа вакуумдық күйге қол жеткізу үшін бөлшек дөңгелектің үстінен өтуі керек еді, бұл көп энергия талап етеді. Өлшегіш симметрияның бұзылуы ең күрделі, бірақ маңызды физикалық салдарлары бар. Жалпы алғанда, осы бөлімнің мақсаты үшін өлшегіш симметрия – бұл кеңістік-уақыттың кез келген нүктесіне үздіксіз симметриясы бар жүйелерді тағайындау. Өлшегіш симметрия өлшегіш өрістер үшін массаның пайда болуын тыйым салады, бірақ массалы өлшегіш өрістер (W және Z бозондары) байқалды. Осы қайшылықты шешу үшін спонтандық симметрияның бұзылуы әзірленді. Идея мынада: ғаламның ерте кезеңінде ол жоғары энергиялық күйде болған, бұл дөңгелектің үстіндегі бөлшек сияқты, сондықтан толық өлшегіш симметриясы болған және барлық өлшегіш өрістер массасыз болған. Ол салқындаған кезде, вакуумның белгілі бір күйіне орналасып, симметрияны спонтанды түрде бұзды, осылайша өлшегіш симметрияны жойды және осы өлшегіш өрістердің масса алуына мүмкіндік берді. Толық түсіндірме өте техникалық: электрәлсіз өзара әрекеттесуді қараңыз.
Өздігінен симметрияның бұзылуы
Өздігінен симметрияны бұзуда (SSB) жүйенің қозғалыс теңдеулері инвариант, бірақ кез келген вакуумдық күй (ең төменгі энергиялық күй) инвариант емес. Екі еселі симметрияға ие мысал үшін, егер атомда екі вакуумдық күй болса, осы күйлердің бірін таңдау екі еселі симметрияны бұзады. Жүйе төменгі энергияға жеткен кезде бір күйді таңдау әрекеті SSB болып табылады. Бұл оқиғада атом енді симметриялы (көріністі симметриялы) болмайды және төменгі энергиялық күйге көшеді. Мұндай симметрияны бұзу тәртіп параметрімен сипатталады. Симметрияны бұзудың осы түрінің ерекше жағдайы – динамикалық симметрияны бұзу. Кванттық өріс теориясының (QFT) Лагранждық формализмінде, Лагранж – симметрия тобының әсеріне инвариант болатын кванттық өрістердің функциясы. Дегенмен, бөлшек төменгі энергияға дейін құлдырағанда пайда болатын вакуумдық күту мәні инвариант болмауы мүмкін. Бұл жағдайда, ол симметрияның ішінара бұзылуына әкеледі. Бұл – өздігінен симметрияның бұзылуы. Бірақ, өлшегіш симметрия контекстінде, SSB – өлшегіш өрістердің массасыз болуын талап ететін өлшегіш инварианттылығына қарамастан, «массаға ие болу» құбылысы. Себебі, өлшегіш симметрияның SSB өлшегіш инварианттылығын бұзады, және мұндай бұзу массивті өлшегіш өрістердің болуына мүмкіндік береді. Бұл Голдстоун теоремасынан маңызды ерекшелік, онда Намбу-Голдстоун бозоны массаға ие болып, Хиггс бозонына айналуы мүмкін. Сонымен қатар, осы контексте «симметрияны бұзу» терминінің қолданылуы, стандартты болғанымен, шатастырады, өйткені өлшегіш «симметриясы» шын мәнінде симметрия емес, жүйенің сипаттамасындағы артық ақпарат. Математикалық тұрғыдан алғанда, бұл артық ақпарат – тривиализацияны таңдау, негізді таңдаудан туындайтын артық ақпаратқа ұқсас. Өздігінен симметрияны бұзу фазалық өтулермен де байланысты. Мысалы, Изинг моделінде, жүйенің температурасы сын температурадан төмен түскенде вакуумның симметриясы бұзылады, бұл жүйенің фазалық өтуіне әкеледі.
Симетрияның ашық бұзылуы
Ашық симметрияны бұзуда (ESB) жүйені сипаттайтын қозғалыс теңдеулері бұзылған симметрия бойынша өзгереді. Гамильтондық механикада немесе Лагранж механикасында бұл, Гамильтондық (немесе Лагранждық) ішінде берілген симметрияны тікелей бұзатын кем дегенде бір мүше болғанда орын алады. Гамильтондық тұрғысынан, бұл көбінесе Гамильтондықты жазу мүмкін болғанда зерттеледі. Мұнда белгілі бір симметриясы бар "базалық Гамильтондық" болады. Нақтырақ айтқанда, ол (Ли) тобының әрекетіне қатысты симметриялы болады. Көбінесе бұл интегралданатын Гамильтондықтар болады. - бұл бұзылыс немесе өзара әрекеттесу Гамильтондықтары. Ол көбінесе кішкентай, бұзылымдық параметрге пропорционалды. Бұл кванттық механикадағы бұзылымдар теориясының негізгі үлгісі. Оның қолданылуының мысалы – атомдық спектрлердің құрылымдық ерекшеліктерін табу.
Here is a 'base Hamiltonian', which has some manifest symmetry. More explicitly, it is symmetric under the action of a (Lie) group Often this is an integrable Hamiltonian. The is a perturbation or interaction Hamiltonian. This is not invariant under the action of It is often proportional to a small, perturbative parameter. This is essentially the paradigm for perturbation theory in quantum mechanics. An example of its use is in finding the fine structure of atomic spectra.