Как массивный фотон возникает в конденсированном аналоге механизма Хиггса? [дубликат]

Просто короткий ответ. Симметрия спонтанно нарушается, когда вакуум не превращается в синглет при этой симметрии. В механизме Хиггса, который нарушает электрослабую теорию, поле Хиггса приобретает ненулевое вакуумное среднее (VEV), которое трансформируется как дублет, и это нарушает симметрию.

В сверхпроводимости дело обстоит несколько иначе, так как ВЭВ формируется не в элементарном поле, а в составном поле. Здесь сила между электронами через положительные заряды в материале становится достаточно сильной, чтобы образовать конденсат, который дает ненулевую VEV для этого составного поля. В результате вакуум несет электрический заряд и поэтому не превращается в синглет при симметрии U(1). Это затем нарушает симметрию и придает фотону массу.

До нарушения симметрии фотон соединяется с электроном. Из-за VEV (который является просто константой) член связи порождает массовый член для фотона. Поскольку конденсат несет заряд, он будет связываться с фотоном, но в результирующей теории это должно проявляться как массовый член. (Хотя я не уверен в деталях здесь.)

Это объяснение на словах, но есть кое-что, что можно сказать для решения всего этого с точки зрения математики. Таким образом, детали того, как это работает, станут более ясными.

Если вы готовы принять упрощенный ответ, потому что это единственный ответ, который я могу вам предложить на моем нынешнем уровне знаний, то вот:

1. Симметрия нарушена, вне сверхпроводника фотоны не имеют массы, внутри имеют эффективную массу.

2. Куперовские пары образуются внутри сверхпроводящего материала, и два электрона объединяются, образуя бозон. Их суммарные спины равны либо 1, либо 0, поэтому их можно рассматривать как бозоны.

3. Куперовские пары могут проходить через сверхпроводник, в отличие от одиночных электронов, которые регулярно отталкиваются от атомов в сверхпроводнике. В куперовских парах каждое нажатие на один электрон вызывает равное и противоположное притяжение другого электрона, поэтому эффективное движение куперовской пары через сверхпроводник возможно без сопротивления, с которым сталкивается один электрон.

4. Когда на движущиеся электроны действуют силы, которые их ускоряют, это приводит к фотонам с очень низкой энергией. Из-за того, что фотоны имеют эффективную массу в сверхпроводниках, электроны, которым не хватает энергии, такие как куперовские пары, не могут производить фотоны и, следовательно, не могут терять энергию.

5. Так какое поле нарушает симметрию между фотонами вне сверхпроводника и фотонами внутри? Это поле, созданное куперовскими парами.

Я полностью признаю, что приведенное выше описание слишком просто, чтобы отвечать на какие-либо подробные вопросы. Все вышеперечисленное основано на книге Шона Кэрролла «Частица в конце вселенной». Это попса, извините, но в ней нет математики, и это очень простое резюме.

Я публикую этот ответ в надежде, что кто-то может исправить в нем ошибки, поскольку я задал вопрос, почти аналогичный вашему, о безмассовых частицах , и хотя вы должны прочитать полезные комментарии, которые я получил, на сегодняшний день я не получил ответа, возможно, потому что я слишком широко поставил вопрос.

Теперь более изощренный ответ от Cooper Pairs and Phonons .

Поведение сверхпроводников предполагает, что пары электронов связаны в диапазоне сотен нанометров, что на три порядка больше, чем расстояние между решетками. Эти связанные электроны, называемые куперовскими парами, могут принимать характер бозона и конденсироваться в основное состояние.

Эта парная конденсация является основой теории сверхпроводимости БКШ. Эффективное чистое притяжение между обычно отталкивающимися электронами создает энергию связи пары порядка миллиэлектрон-вольт, достаточную, чтобы удерживать их в паре при чрезвычайно низких температурах.

Переход металла из нормального состояния в сверхпроводящее имеет характер конденсации электронов в состояние, оставляющее над ними запрещенную зону. Такая конденсация наблюдается в сверхтекучем гелии, но гелий состоит из бозонов — несколько электронов не могут собраться в одно состояние из-за принципа запрета Паули. Фрелих был первым, кто предположил, что электроны действуют как пары, связанные колебаниями решетки в материале. Эта связь рассматривается как обмен фононами, причем фононы являются квантами энергии колебаний решетки. Экспериментальное подтверждение взаимодействия с решеткой дал изотопический эффект на температуру сверхпроводящего перехода. Бозоноподобное поведение таких электронных пар было дополнительно исследовано Купером, и они называются «куперовскими парами».