Может ли в нашей Вселенной снова произойти спонтанное нарушение симметрии?

Обычно считается, что 10 − 35 секунд после Большого взрыва симметрия ТВО была нарушена, а после 10 − 12 секунд электрослабая сила была нарушена:

С U ( 2 ) × U ( 1 ) → U ( 1 )

Это нарушение симметрии является результатом охлаждения Вселенной и фазового перехода. Я знаю, что речь идет о температуре Вселенной. 2,7 Кельвин, поэтому температура Вселенной не может уменьшиться намного больше, но мне интересно, есть ли шанс, что в будущем снова может произойти еще один фазовый переход?

Ответы (2)

В вакууме и только с известными нам частицами ответ — нет . Давайте посмотрим на симметрии, которые, как мы знаем, существуют в природе:

  1. С U ( 3 ) цвет: ограниченный, ниже фазового перехода КХД существуют только бесцветные состояния
  2. С U ( 2 ) × U ( 1 ) Д электрослабый: от Хиггса до U ( 1 ) Е М электромагнетизм
  3. U ( 1 ) Е М : Здесь у нас есть возможность. Смотри ниже...
  4. U ( 1 ) Б − л : глобальная симметрия в СМ, возможная калибровочная симметрия ТВО или вообще не истинная симметрия. Если измерено, это сломано в высоком масштабе. Обратите внимание, что для этой симметрии мы не видим безмассовых голдстоуновских бозонов, так что это не может быть спонтанно нарушенной глобальной симметрией. Это должно быть Хиггсе или вообще не симметрия. В любом случае разрыв уже произошел или никогда не произойдет. Нарушение этого имеет отношение к бариогенезу, но не ко многому другому.
  5. Симметрия хирального аромата КХД: только приблизительная симметрия. Разбитые хиральными конденсатами псевдо-Намбу-Голдстоуны представляют собой мезоны. (Я не буду перечислять приблизительные симметрии, иначе этот список станет очень длинным, но это очень важно.)
  6. Локальная инвариантность Пуанкаре: точная и «калиброванная» в общей теории относительности. (Примечание: продолжаются споры о семантике того, является ли гравитация калибровочной теорией. Существуют важные сходства и различия между гравитацией и стандартной калибровочной теорией Янга-Миллса. Отсюда и пугающие кавычки на «калибровочной».)
  7. Глобальная инвариантность Пуанкаре ( С О ( 1 , 3 ) ⋉ р 4 ): Самопроизвольно нарушается тем, что Вселенная расширяется и в ней есть всякое . Это симметрия пространства-времени Минковского, поэтому она часто используется в физике элементарных частиц, но это не симметрия нашей настоящей Вселенной, потому что она расширяется. В общем, в ОТО нет глобальных симметрий или законов сохранения, но обычные пространственно-временные симметрии соблюдаются в очень хорошем приближении для галактического скопления и меньших масштабов. Мой предыдущий язык хотел передать это, но был небрежным и неточным.

Насколько я вижу, есть два варианта спонтанного нарушения симметрии в текущей вселенной: либо атака №3, либо атака №6. Что вам нужно иметь, чтобы разбить любую из этих групп? Вам нужен параметр порядка, который нетривиально преобразуется в соответствии с симметриями, чтобы получить ненулевое значение ожидания.

Для электромагнетизма это означает, что вам нужен заряженный конденсат, но мы не знаем никаких заряженных скаляров, а киральный конденсат обязательно нейтрален (почему? Хороший вопрос ;)). В принципе один из Вт ± могут служить (также спонтанно нарушая лоренц-инвариантность), но этого не может произойти, потому что они имеют большой положительный квадрат массы через механизм Хиггса. Вы должны были бы сгенерировать отрицательный квадрат эффективной массы, используя какой-то причудливый новый механизм, который определенно не существует при низких энергиях, которые мы видим. Таким образом, вы не можете разрушить ЭМ в вакууме, но можете в среде, где конденсатом служат коллективные движения многих частиц. Эти экзотические материалы называются сверхпроводниками, и некоторые считают их довольно интересными. ;)

Это оставляет локальную инвариантность Пуанкаре. Это может быть нарушено векторным или тензорным полем, образующим конденсат. Люди рассматривали такие модели, но нет нужды говорить, что в известной физике нет ничего подобного. Эксперименты продемонстрировали инвариантность Пуанкаре с невероятной точностью. Учитывая точность экспериментов и космологический масштаб температуры перехода, о котором мы говорим, вам понадобится вектор или тензор с космологически малым отрицательным квадратом массы. Излишне говорить, что это проблематично, особенно если вы хотите отождествить их с известными калибровочными бозонами или гравитоном.

Интересный ответ. Некоторые моменты: 1) Глобальная инвариантность Пуанкаре не является спонтанной (где бозоны Голдстоуна?). 2) Калибровочная инвариантность Пуанкаре не дает ОТО в 4 измерениях. 3) Я думаю, вы забыли (возможно, хотите добавить) самую интересную симметрию для этого ответа: симметрию Печчеи – Куинна для решения сильной проблемы CP.
@drake Хорошие моменты. 1) Каковы глобальные преобразования Пуанкаре для вселенной FRW? Я предполагаю, что ответ в том, что это никогда не было симметрией с самого начала... Я был небрежен. :) Я отредактирую соответственно. 2) Возникает семантический вопрос о том, является ли гравитация калибровочной теорией или нет. Для целей этого вопроса я остановился на стороне «да», но это законная точка зрения, отсюда и пугающие кавычки, которые я поставил на «оценку». 3) Я не забыл, но я пропустил это по двум причинам: этого нет в СМ, и я сосредоточен на известной физике, и я не чувствую себя достаточно компетентным, чтобы писать об этом сколько-нибудь подробно.
Достаточно справедливо +1. Многие неоправданно говорят, что лоренц-инвариантность спонтанно нарушается материей Вселенной. Пожалуйста, прочтите physics.stackexchange.com/questions/71476/… , чтобы увидеть, в каком точном смысле общая теория относительности является калибровочной теорией. Ни одна из них не включает калибровочную теорию, полученную после калибровки пуанкаре-инвариантности специальных релятивистских теорий поля.
@drake Интересный пост, но я не совсем понимаю проблему. Разве локальный Пуанкаре не включает диффеоморфимы? Я знаю, что в Ян-Миллсе нет таких вещей, как тетрады или кручение, но я не утверждаю, что гравитация - это Ян-Миллс. Итак, проблема заключается в следующем: «Обратите внимание, что калибровочная теория — это калибровочно-инвариантная теория, но калибровочно-инвариантная теория не обязательно должна быть калибровочной теорией (например, Стандартная модель калибровочно-инвариантна, но это не калибровочная теория, поскольку скалярное самовоздействие не увеличивает калибровочную симметрию модели)"?
Потому что я бы с этим не согласился, но это семантический вопрос. Я никогда не считал полезным проводить различие между «калибровочными теориями» и «калибровочными инвариантными теориями», но, возможно, это только я! Спасибо за ваш голос в любом случае. :)
Одно дело, что вы (или я, или кто-то еще) не находите это различие полезным или релевантным, а другое дело, что разницы нет. В общем разница есть. Теория или теории, получаемые после измерения Пуанкаре или р 4 × С л ( 4 , р ) не являются ОТО, потому что, например, их соединения не без кручения. См., например, en.wikipedia.org/wiki/Gauge_gravitation_theory и arxiv.org/abs/gr-qc/9602013v1 .
Нисколько. Мне нравятся ваши ответы.

Как говорит Майкл, серьезных возможностей для нарушения симметрии не существует, однако есть некоторые возможности для туннелирования в другое состояние вакуума. По иронии судьбы, это, вероятно, было бы восстановлением симметрии, а не нарушением симметрии.

Возможно, вы слышали о струнном ландшафте . Это идея о том, что теория струн допускает множество метастабильных решений для Вселенной, и мы можем находиться в одном из этих метастабильных состояний. Вполне возможно, что Вселенная могла бы туннелировать в состояние, в котором суперсимметрия не нарушена, а все компактные измерения полностью расширены.

Чуть менее спекулятивным является предположение, что электрослабый вакуум может быть неустойчивым. Это было кратко обсуждено в разделе Измеренная масса бозона Хиггса и стабильность вакуума , или см. статью Алехина, Джуади и Моха .

Может ли в нашей Вселенной снова произойти спонтанное нарушение симметрии?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v