Boson Goldstone

Dalam fisika partikel dan benda terkondensasi, boson Goldstone atau boson Nambu–Goldstone (NGBs) adalah boson yang selalu muncul dalam model yang menunjukkan kerusakan spontan dari simetri kontinu. Boson Goldstone ditemukan oleh Yoichiro Nambu dalam fisika partikel dalam konteks mekanisme superkonduktivitas BCS,[1] dan kemudian diuraikan lebih lanjut oleh Jeffrey Goldstone,[2] dan secara sistematis digeneralisasikan dalam konteks teori medan kuantum.[3] Dalam fisika benda terkondensasi, boson semacam itu adalah partikel semu dan dikenal sebagai mode Anderson–Bogoliubov.[4][5][6]

Boson tak berputar ini sesuai dengan generator simetri internal yang rusak secara spontan, dan dicirikan oleh bilangan kuantumnya. Mereka berubah secara nonlinier (atau bergeser) oleh tindakan generator ini, dan dengan demikian dapat dikeluarkan dari ruang hampa asimetris oleh generator ini. Dengan demikian, mereka dapat dianggap sebagai eksitasi medan dalam arah simetri yang rusak dalam ruang grup—dan tidak bermassa jika simetri yang rusak secara spontan tidak juga rusak secara eksplisit.

Sebaliknya, jika kesimetriannya tidak tepat, yaitu jika secara eksplisit pecah dan juga pecah secara spontan, maka boson Nambu–Goldstone bukannya tidak bermassa, meskipun mereka akan tetap relatif ringan; mereka kemudian disebut boson Pseudo-Goldstone atau boson Pseudo-Nambu–Goldstone (disingkat PNGBs).

Teorema Goldstone

Teorema Goldstone meneliti simetri kontinu generik yang secara spontan rusak; yaitu, arus listriknya terkonservasi, tetapi keadaan dasarnya tidak invarian di bawah aksi muatan yang sesuai. Kemudian partikel skalar baru yang tidak bermassa (atau ringan, jika simetrinya tidak tepat) muncul dalam spektrum yang kemungkinan eksitasi. Ada satu partikel skalar—disebut boson Nambu–Goldstone—untuk setiap generator simetri yang rusak, yaitu yang tidak mempertahankan keadaan dasar. Modus Nambu–Goldstone adalah fluktuasi panjang gelombang panjang dari parameter urutan yang sesuai.

Berdasarkan sifat khusus mereka dalam penggabungan ke vakum dari masing-masing teori simetri-patah, hilangnya momentum dari boson Goldstone yang terlibat dalam amplitudo teori bidang membuat amplitudo tersebut menghilang.

Contoh

Alami

  • Dalam fluida, fonon adalah longitudinal dan merupakan boson Goldstone dari kesimetrian Galilea yang rusak secara spontan. Dalam solid, situasinya lebih rumit; boson Goldstone adalah fonon longitudinal dan transversal dan mereka adalah boson Goldstone dari simetri Galilean, yang secara translasi dan rotasi rusak secara spontan tanpa korespondensi one-to-one sederhana antara mode Goldstone dan simetri yang rusak.
  • Dalam magnet, simetri rotasi asli (ada tanpa medan magnet luar) secara spontan rusak sedemikian rupa sehingga titik magnetisasi ke arah tertentu. Boson Goldstone kemudian adalah magnon, yaitu gelombang spin di mana arah magnetisasi lokal berosilasi.
  • Pion adalah pseudo-Goldstone boson yang dihasilkan dari kerusakan spontan kesimetrian rasa kiral QCD yang dipengaruhi oleh kondensasi quark karena interaksi yang kuat. Kesimetrian ini selanjutnya secara eksplisit dipatahkan oleh massa quark, sehingga pion bukannya tidak bermassa, tetapi massanya secara signifikan lebih kecil daripada massa hadron pada umumnya.
  • Komponen polarisasi longitudinal boson W dan Z berkorespondensi dengan boson Goldstone dari bagian simetri lemah listrik yang rusak secara spontan SU(2) ⊗ U(1), yang, bagaimanapun, tidak dapat diamati.[nb 1] Karena simetri ini diukur, tiga calon boson Goldstone diserap oleh tiga boson pengukur yang sesuai dengan tiga generator yang rusak; hal ini memberikan massa kepada ketiga boson gauge ini, dan derajat kebebasan polarisasi ketiga yang terkait dan berhubungan. Hal ini dijelaskan dalam Model Standar melalui mekanisme Higgs. Sebuah fenomena analogi terjadi dalam superkonduktivitas, yang berfungsi sebagai sumber inspirasi asli untuk Nambu, yaitu, pengembangan massa dinamis foton (dinyatakan sebagai pengecualian fluks magnet dari superkonduktor), lih. teori Ginzburg–Landau.

Lihat juga

Catatan

  1. ^ In theories with gauge symmetry, the Goldstone bosons are absent. Their degrees of freedom are absorbed ("eaten", gauged out) by gauge bosons, through the Higgs mechanism. The latter become massive and their new, longitudinal polarization is provided by the would-be Goldstone boson, in an elaborate rearrangement of degrees of freedom.

Referensi

  1. ^ Nambu, Y (1960). "Quasiparticles and Gauge Invariance in the Theory of Superconductivity". Physical Review. 117 (3): 648–663. Bibcode:1960PhRv..117..648N. doi:10.1103/PhysRev.117.648. 
  2. ^ Goldstone, J (1961). "Field Theories with Superconductor Solutions". Nuovo Cimento. 19 (1): 154–164. Bibcode:1961NCim...19..154G. doi:10.1007/BF02812722. 
  3. ^ Goldstone, J; Salam, Abdus; Weinberg, Steven (1962). "Broken Symmetries". Physical Review. 127 (3): 965–970. Bibcode:1962PhRv..127..965G. doi:10.1103/PhysRev.127.965. 
  4. ^ Anderson, P. W. (1958-05-15). "Coherent Excited States in the Theory of Superconductivity: Gauge Invariance and the Meissner Effect". Physical Review. American Physical Society (APS). 110 (4): 827–835. Bibcode:1958PhRv..110..827A. doi:10.1103/physrev.110.827. ISSN 0031-899X. 
  5. ^ Anderson, P. W. (1958-12-15). "Random-Phase Approximation in the Theory of Superconductivity". Physical Review. American Physical Society (APS). 112 (6): 1900–1916. Bibcode:1958PhRv..112.1900A. doi:10.1103/physrev.112.1900. ISSN 0031-899X. 
  6. ^ Bogoljubov, N. N.; Tolmachov, V. V.; Širkov, D. V. (1958). "A New Method in the Theory of Superconductivity". Fortschritte der Physik. Wiley. 6 (11–12): 605–682. Bibcode:1958ForPh...6..605B. doi:10.1002/prop.19580061102. ISSN 0015-8208.