자발 대칭 깨짐

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Feynmann Diagram Gluon Radiation.svg
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(전자양전자쌍소멸로 인한 중간자 생성)
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물리학에서, 자발 대칭 깨짐(自發對稱-, spontaneous symmetry breaking)은 어떤 이론에 대칭이 있으나 그 특정한 바닥 상태는 대칭을 보이지 않는 현상을 이야기한다. 자발 대칭 깨짐을 통하여 낮은 에너지에서는 나타나지 않는 대칭을 숨은 대칭(hidden symmetry)이라고 한다.

양자장론에서는 바닥 상태를 진공이라고 부른다. 즉 진공이란 이론의 퍼텐셜 (정확히 말하자면 유효퍼텐셜)이 최소가 되는 상태를 일컫는다. 만약 자발 대칭 깨짐이 일어나는 경우에는 진공이 유일하지 않고, 대칭에 따라 여러 가지의 진공상태가 있다. 예를 들어 이론이 라는 대칭 (P대칭)을 지니고, 진공 가운데 하나가 라면, 도 역시 진공이다. 깨지는 대칭이 연속적인 대칭이라면, 이에 따라 이론은 무한한 수의 진공을 가진다. 예를 들어 와 같은 U(1) 대칭의 경우, 진공은 와 같이 연속적으로 분포한다. 이런 경우 골드스톤 정리에 따라 이론은 무질량 스칼라 보손 (난부-골드스톤 보손)을 가진다. 만약 깨지는 대칭이 전반적 (global) 대칭이 아니라 게이지 대칭이라면, 이 난부-골드스톤 보손은 관측할 수 없고, 대신 게이지 보손에 질량을 준다.

자발 대칭 깨짐은 여러 방법으로 일어날 수 있다. 가장 간단한 예는 라그랑지언이 적절한 (반)고전적 퍼텐셜을 포함하는 경우다. 예를 들어, 힉스 장멕시코 모자 퍼텐셜을 주어 대칭을 깰 수 있다. 고전적 퍼텐셜 말고도, 순수하게 복사보정으로 인하여 (즉 양자론적으로) 대칭이 깨질 수도 있다. 대표적인 예로 콜먼-와인버그 모형이 있다.

[편집]

  • 강자성을 띠는 물질의 경우 퀴리 온도 아래에서는 자기화가 진행되면서 회전 대칭 SO(3)이 깨져 방향성을 띈다.
  • 각종 양자장론에서는 여러 종류의 대칭이 저절로 깨져 낮은 에너지 준위(눈금)에서 (BRST 대칭 제외) 대칭을 관찰할 수 없게 된다. 예를 들어 선형 시그마 모형표준 모형 (힉스 메커니즘), BCS 이론이 있다. 대통일 이론에서는 대통일군이 대통일 눈금에서 대칭이 깨어져 표준 모형 대칭군으로 환원된다.
  • 대칭형 언덕 꼭대기에 놓인 공을 생각하자. 공이 사방으로 동일하게 보이는 언덕위에 놓인 경우, 언덕과 공 모두 360도의 모든 방향에 대해 동등하므로 회전적으로 대칭이다. 그러나 이 상태는 불안정하다. 약간만 건드려도 공은 어느 한 방향으로 굴러 떨어진다. 공이 굴러 떨어지는 방향은 다른 방향들과 구별되므로 대칭이 깨진다.

참고 문헌[편집]

같이 보기[편집]

자발 대칭 깨짐의 메커니즘: