Wie wurde die spontane Symmetriebrechung eingeführt und wie führte sie zum Higgs-Mechanismus?

Ich suche nach der Art und Weise, wie die Dinge miteinander verbunden waren. Mir scheint, dass es so war:

  1. In der Physik der kondensierten Materie wurde ein spontaner Symmetriebruch festgestellt. (Ich bin mir der Fakten hier nicht sicher)
  2. Später stellte sich heraus, dass es auch in der Teilchenphysik ein Problem war.
  3. (1962) Unterstützt von Weinberg und Salam veröffentlichte Goldstone seine Theorie, wonach es für einen kontinuierlichen, exakten und globalen Symmetrieabbau ein masseloses Skalarboson geben sollte.
  4. (1964) Higgs und andere arbeiteten an Mechanismen, die versuchten, die lokale Eichursache des spontanen Symmetriezusammenbruchs zu lösen. Im Higgs-Mechanismus wurden drei massive Eichbosonen vorhergesagt, die beiden W und Z, daneben natürlich das Higgs-Boson.
  5. (1983) W und Z wurden am CERN nachgewiesen. (Das Higgs-Boson ist in dieser Frage nicht wirklich ein Thema)

Was ich versuche zu verstehen, ist speziell die Verbindung zwischen den Punkten 2, 3 und 4. Hier sind also meine Fragen:

  1. Wann, warum und wie wurde der spontane Symmetriezusammenbruch zu einem Rätsel für die Teilchenphysik? Welches Ereignis oder welche Theorien haben die Tatsache vorhergesagt?
  2. Mir scheint, dass sich Goldtone, Salam und Weinberg auf das falsche Problem konzentriert haben. Habe ich recht? Wie konnten sie einfach nicht in Betracht ziehen, dass der örtliche Pegelstand der richtige Ort war, um nach der Lösung zu suchen?

Antworten (1)

Spontane Symmetriebrechung (SSB oder SBS) bezieht sich auf die Tatsache, dass der niedrigste Energiezustand, das Vakuum, möglicherweise nicht unter allen Symmetrien der Theorie invariant ist, mit anderen Worten, mehrere Vakuen sind möglich. Während es immer eine logische Möglichkeit war, betrachteten Physiker es vor den 1950er Jahren im Allgemeinen als unphysikalisch. Erste Beispiele von SBS tauchten tatsächlich in der Physik der kondensierten Materie auf, und die Idee wurde durch Analogie in die Teilchenphysik übertragen (wie Nambu es ausdrückte: „ Ich muss sagen, dass meine frühe Beschäftigung mit der Physik der kondensierten Materie für mich sehr vorteilhaft war “). Jona-Lasinio gibt einige historische Details in Spontane Symmetry Breaking: etwas Geschichte und einige Variationen des Themas:

" Heisenberg, Z. Naturforsch.14, 441 (1959), Proceedings of the 1960 Rochester Conference p. 851, war der erste, der SBS als möglicherweise relevantes Konzept in der Teilchenphysik betrachtete... Die Theorie der Supraleitung von Bardeen, Cooper und Schrieffer, das 1957 erschien, lieferte das Schlüsselparadigma für die Einführung von SBS in die relativistische Quantenfeldtheorie auf der Grundlage einer von Nambu vorgeschlagenen Analogie, Phys. Rev. Lett. 4, 380 (1960) ... Die BCS-Theorie der Supraleitung war neu formuliert und von verschiedenen Autoren entwickelt, darunter Bogolubov, Valin, Anderson, Ricayzen und Nambu. Die Arbeit von Nambu, Phys. Rev. 117, 648 (1960), verwendete eine Sprache, die der Quantenfeldtheorie ähnlich ist, das heißt Greens Funktionsformalismus .

Was "richtige" und "falsche" Probleme betrifft, so ist es immer einfach, solche Urteile im Nachhinein zu treffen. Yang und Mills stellten ihre nicht-Abelschen Eichtheorien erst 1956 vor, vieles an ihnen war noch unklar und wurde in den frühen 60er Jahren erforscht. Die Allgemeingültigkeit des Goldstone-"Theorems" und der von ihm vorhergesagten masselosen Nambu-Goldstone-Bosonen war keineswegs klar, und es war auch nicht der "richtige" Weg, sie zu vermeiden. Als Option wurde in Betracht gezogen, das Eichprinzip ganz aufzugeben und die Allgemeingültigkeit des „Theorems“ in Frage zu stellen. Tatsächlich waren es diese „falschen“ Bosonen, die zur Erfindung des „richtigen“ Higgs-Mechanismus führten. Karaca'

Dies führte unter den Quantenfeldtheoretikern zu der Annahme, dass masselose Skalarbosonen eine unvermeidliche Folge aller dynamischen Modelle der Yang-Mills-Theorie sein würden; wodurch ein vermeintliches Dilemma präsentiert wird, das wie folgt ausgedrückt werden kann. Der einzige Weg zu lösen Das Nullmassenproblem und Eichbosonen Masse zu geben, stellt sich durch die SSB der ursprünglichen Eichsymmetrie der Lagrange-Funktion dar. Auf diese Weise stößt man jedoch auf die Schwierigkeit, die das Goldstone-Theorem aufwirft – oft als „Goldstone-Nullmasse“ bezeichnet Schwierigkeit“ – nämlich die Existenz masseloser Skalarbosonen, für die es keinen experimentellen Beweis gibt …

Der erste explizite Einwand gegen die Allgemeingültigkeit des Goldstone-Theorems kam 1963 von einem Festkörperphysiker, nämlich Philip Anderson... Andersons Argument war jedoch ein Analogieargument aus der Festkörperphysik und der Nachweis seiner Gültigkeit im Inneren Der theoretische Rahmen der Yang-Mills-Theorie wartete auf Beiträge einer Reihe von Physikern ... Higgs zeigte, dass das Goldstone-Theorem in eine Klasse von nicht manifesten Lorentz-kovarianten Eichtheorien zerfallen würde, die das "Strahlungsmessgerät" verwenden ...

Die veröffentlichte Version des oben genannten Papiers ist verfügbar unter: sciencedirect.com/science/article/pii/S135521981200041X Ein weiteres relevantes Papier ist: link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-01306-0_21#page -1