Нарушение симметрии и фазовый переход

  1. Связан ли каждый фазовый переход с нарушением симметрии? Если да, то какую симметрию имеет газообразная фаза, но не жидкая фаза?

  2. Какая дополнительная симметрия, что нормальная ЧАС е обладает сверхтекучестью ЧАС е не? Является ли нарушение симметрии в этом случае нарушением калибровочной симметрии?

Обновление В отличие от газов, жидкости имеют ближний порядок . Не означает ли это, что при переходе из газа в жидкость ближний порядок жидкостей нарушает трансляционную симметрию? Хотя бы локально ?

1-параметр порядка связан с разницей плотностей в двух фазах, хотя подробностей не помню. 2- Это глобальная симметрия U (1) (не совсем калибровочная симметрия, поскольку калибровочного поля нет).
@ Адам - ​​я догадывался о ближнем порядке, который есть у жидкости, а у газа нет. Но не знаю, написано ли это или неправильно.
для перехода жидкость-газ короткодействующая корреляция не важна (хотя она, конечно, имеет важные физические следствия). Параметр заказа что-то вроде р А − р Б куда р А - плотность в текущей фазе, а р Б другой. Она играет ту же роль, что и намагниченность в модели Изинга (симметрия Z 2 ).
@Adam Адам - ​​я понимаю идею параметра порядка. Но мне жаль, что я не получил ответ, который я искал. На самом деле я хотел точно знать, какая симметрия нарушается при переходе из газа в жидкость (например, вращательная и трансляционная симметрии нарушаются при переходе из жидкости в твердое тело). Надеюсь, я не расплывчата. Тот же вопрос, который я задал для перехода от нормального He к сверхтекучему He, в первой части второго вопроса.
дело в том, что жидкость и газ в основном одинаковы, и поэтому нарушение симметрии довольно тонкое (это не то, что вы легко можете измерить в лаборатории). То же самое с гелием.
При фазовом переходе жидкость/газ нарушение симметрии отсутствует. Как сказал @Adam, он характеризуется скачком плотности.
@YvanVelenik - Тогда вывод таков: все фазовые переходы не связаны с нарушением симметрии.
@Roopam: да, конечно, они не всегда связаны с нарушением симметрии.
@YvanVelenik: вы можете описать фазовый переход жидкость-газ с помощью модели Изинга (как для переходов 1-го, так и для 2-го порядка), так что на самом деле есть параметр порядка и нарушенная симметрия. Но это не симметрия самой физической системы (вращение, перемещение и т. д.).
@Adam: Это всего лишь одна грубая модель перехода жидкость/газ, и симметрия случайна. На самом деле вы можете рассматривать бесконечно много возмущений газа на решетке Изинга, которые будут хорошим приближением к реальным жидкостям и в которых нет симметрии. Нет оснований ожидать наличия какой-либо, пусть даже скрытой, симметрии для реального перехода жидкость/газ.
@YvanVelenik: критическая точка перехода жидкость-газ описывается классом универсальности Изинга, характеризуемым размерностью пространства и симметрией параметра порядка. Вблизи этого перехода все эти возмущения будут несущественными, и симметрия возникнет (но от этого не менее реальна).
@ Адам: ваш аргумент не относится к фазовому переходу первого порядка между жидкой и газовой фазами, который я обсуждаю.
@YvanVelenik: Да, это не работает для фазового перехода 1-го рода (это исправило один из моих предыдущих комментариев), но это не меняет того факта, что может быть нарушена симметрия для перехода жидкость-газ (по крайней мере, конкретный точка).
@Adam: Но вопрос был «Связан ли каждый фазовый переход с нарушением симметрии? Если да, то какая симметрия у газовой фазы, а у жидкой фазы нет?», И ответ отрицательный.
@YvanVelenik: Я никогда не говорил, что все переходы связаны с нарушением симметрии, что определенно не так. Я просто утверждаю, что заявление об отсутствии нарушения симметрии при переходе жидкость-газ является слишком грубым ответом.
@ Адам: Но, строго говоря, в критической точке нет перехода от газовой фазы к жидкой (в этой точке они неразличимы). Итак, я продолжаю то, что сказал: при фазовом переходе жидкость/газ нарушения симметрии не происходит.
@YvanVelenik: я не уверен. Мы ожидаем, что эта эффективная симметрия будет описывать систему достаточно близко к критической точке, поэтому вдоль линии перехода 1-го рода может быть более или менее небольшой диапазон с эффективной Z 2 симметрии, хотя насколько широк этот диапазон, будет зависеть от модели (или вида).

Ответы (3)

Позвольте мне ответить на ваш первый вопрос: фазовые переходы не обязательно означают нарушение симметрии. Это ясно в приведенном вами примере: переход жидкость-газ характеризуется фазовым переходом первого рода, но нарушение симметрии отсутствует. Действительно, жидкость и газ имеют одинаковую симметрию (поступательную и вращательную инвариантность) и могут быть непрерывно связаны в режиме высокой температуры/давления. В квантовых системах при нулевой температуре также могут встречаться переходы между состояниями квантовой спиновой жидкости, для которых также нет нарушения симметрии. Еще одним примером является случай двумерной модели XY, в которой имеет место непрерывный фазовый переход, но нет нарушения симметрии (переход Костерлица-Таулесса).

КТ и спиновые жидкости — хороший пример, но случай жидкость-газ более тонок. Его можно сопоставить с моделью Изинга с соответствующим параметром порядка и фазой с нарушением симметрии.
Обратите внимание, что легко построить модели без симметрии, в которых происходят фазовые переходы 1-го рода (на самом деле это общая ситуация! Вам нужно больше работать, чтобы построить модели с нарушением симметрии). Этой проблеме посвящена математическая теория: теория Пирогова-Синая.
@Adam Карта жидкость-газ соответствует модели Изинга Z2 (0T), где все вращения вверх представляют, скажем, жидкость, а все вращения вниз - в газ. Я не вижу нарушения симметрии во время этого перехода. Случай с конечной температурой аналогичен с уменьшением количества узлов со спином вверх и увеличением спина вниз. Нарушения симметрии не происходит.
Насколько я знаю, нарушение симметрии происходит, когда мы проходим через какую-то критическую точку. Таким образом, жидкость и газ должны иметь одну и ту же симметрию. Это сверхкритическая жидкость, симметрия которой нарушена газожидкостным режимом.
Значит, парадигма Ландау не может объяснить фазовый переход жидкость-газ? Или вообще парадигма Ландау не может объяснить фазовый переход 1-го рода?

@VanillaSpinIce Я согласен с большей частью ответа VanillaSpinIce, вместо этого «Переход жидкость-газ характеризуется фазовым переходом первого рода, но нарушение симметрии отсутствует».

Ниже критической точки, когда происходит фазовый переход газ-жидкость, образуется граница раздела между газом и жидкостью (поскольку они имеют разную плотность), таким образом, дискретная отражательная симметрия (между газом и жидкостью) нарушается.

Классической ситуацией без нарушения симметрии являются так называемые изоструктурные переходы. Слово «изоструктурный» вводит в заблуждение, поскольку имеется в виду «изосимметричный». Однако исторически этот термин возник. Примеров таких переходов множество. Одно — это переходы «альфа-альфа» в системах водород — металл, другое — фазовые расслоения в жидкостях и растворах полимеров, переход «клубок — глобула» в полимерах. О таком переходе в твердой фазе сообщалось для SmS. В случае твердой фазы кристаллическая решетка меняет свой объем, но сохраняет свою структуру (отсюда и ее название).

Похоже, что на самом деле это не отвечает на заданные вопросы, хотя это косвенно связано.
Это не дает ответа на вопрос. Чтобы подвергнуть критике или запросить разъяснения у автора, оставьте комментарий под его публикацией — вы всегда можете комментировать свои собственные публикации, и как только у вас будет достаточно репутации , вы сможете комментировать любую публикацию .
@ Кайл Это отвечает на первую часть вопроса. Вы просто не можете распознать ответ. Он указывает класс перехода без изменения симметрии (или, в более общем смысле, структурного) и дает примеры материалов, в которых такие переходы наблюдаются. Прочтите еще раз. На вторую часть вопроса, где я не специалист, не отвечаю.
@DavePhD это действительно дает ответ на вопрос. Прочитайте мой комментарий Кайлу и мой ответ. Напротив, приведенные выше ответы вместе с обсуждением содержат серьезные ошибки.
Нарушение симметрии и фазовый переход
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v