Seuraa 
Viestejä5705
Liittynyt26.3.2005

Condensed Matter Physicist:
Olet siis kondensoituneen (tiiviin) aineen fyysikko. Omien heiveröisten, etenkin Higgsin mekaniikan historiallisen kehittymisen opintojeni ohessa esiintyi tuo kondensoituneen materian teoria moneen otteeseen.

Esim kysymys bosonien massasta, jossa kiinteän aineen fysiikka antoi arvokkaita huomioita. Eli viittaan teoriaan suprajohtavuudesta. Ensimmäinen teoria Vitali Ginzburgin ja Lev Landaun teoria 1950. Jota työtä jatkoivat sitten John Bardeen, Leon Cooper ja Robert Schrieffer, kuuluisa BCS-teoria, jossa lainattiin Cooperin ajatusta hiukkasten ”yhteistyöstä” alhaisissa lämpötiloissa (Cooperin parit ja ilman vastusta liukuvat elektronit). Idea perustui fotonien ”massallisuuteen” (avaruudessa vallitsevan bosonikentän ansiosta bosoneilla voi olla massa). Vaikka elektronit ovat fermioneja niin yhteenlyöttäytymällä ne muodostavat bosonin.

Mutta sähkömagneettisen symmetrian mukaan fotonien on pakko olla massattomia? Ongelman kimppuun kävivät Philip Anderson ja Nokolai Bogoljubov sekä etenkin Yoichiro Nambu ja muut. Ratkaisuksi muodostui, että symmetria on kyllä taustalla, mutta sen kätki kenttä, joka sai suprajohtimessa nollasta poikkeavan arvon. Eli symmetria rikkoutui spontaanisti (ja tämä idea pääosin siis Nambulta).

BCS teorian jatkona oli sitten läpimurrossa selittää symmetriarikko muuallakin kuin suprajohtimessa. Se voisi tapahtua tyhjässä avaruudessa, jossa vallitsi sellainen kenttä, jonka arvo olisi jotain muuta kuin nolla. Eli aavistus Higgsin kentästä. Fermionikenttä voisi aluksi olla massaton, mutta saada massaa symmetriarikossa.
jatkuu...

Kommentit (9)

Lentotaidoton
Seuraa 
Viestejä5705
Liittynyt26.3.2005

Nambu kompastui siihen että hän tarkasteli globallien symmetrioiden spontaania rikkoutumista eikä paikallisten symmetrioiden. Nambu ei kuitenkaan ollut väärässä sillä spontaanisti tapahtuva globaalin symmetrian rikkoutuminen synnyttää aina massattomia hiukkasia, ns Nambu-Goldstonen bosoneja. Abdus Salam ja Steven Weinberg ja Goldstone puolustivat voimakkaasti tätä väitettä (Goldstonen teoreema).

Mikä symmetrian rikkoo? Suprajohteissa Cooperin parit. Nambun-Jona-Lasinionin mallissa sama tapahtuu yhteenliittyvillä nukleoneilla. Goldstonen idean perusteella keskityttiin kuitenkin ajatukseen bosonikentistä, jotka siirtyvät ei-nolla arvoon tyhjässä avaruudessa. Nämä kentät olivat skalaareja (ei spiniä). Eli Goldstonen teoriassa (globaali symmetria) yksi kenttä säilyttää massansa ja muista tulee Nambu-Goldstonen bosoneja.

Globaalin symmetrian symmetriarikko ei kuitenkaan ollut ratkaisu vaan nimenomaan paikallisen mittasymmetrian rikkoutuminen (välittäjäkentät kumpuavat juuri paikallisista symmerioista). Andersson oli tässä ratkaisevassa roolissa. Anderson tiesi esim että ei voi olla niin että spontaaniin symmetriarikkoon liittyisi aina massattomia hiukkasia, sillä BCS-mallissa ei ollut massattomia hiukkasia. Andersonin ratkaisu (1962): alussa massattomat vuorovaikutuksia välittävät hiukkaset ja symmetriarikossa syntyvät Nambun-Goldstonin bosonit yhdistyvät muodostaen yhden massallisen välittäjähiukkasen (”kaksi väärää muuttuu oikeaksi”).

Kuitenkin Anderson oli varauksellinen spontaanista symmetririkosta tyhjössä. Syy oli sama mikä vieläkin vaivaa teoreettista fysiikkaa eli kosmologisen vakion ongelma.

jatkuu...

Lentotaidoton
Seuraa 
Viestejä5705
Liittynyt26.3.2005

1964 tulivat sitten Englert ja Brout. Goldstonen globaaleihin symmetririkkoihin lisättiin paikallisen symmetrian mittakenttä, Samana vuonna Peter Higgs antoi mittabosoneille massan ja ennusti massallisen skalaaribosonin olemassaolon (eli Higgsin bosonin). Lyhyesti: ennen symmetririkkoa meillä on neljä skalaaribosonia ja kolme massatonta mittabosonia. Kun skalaaribosonit saavat nollasta poikkeavan arvon tyhjässä avaruudessa ja symetria rikkoutuu niin mittabosonit syövät kolme skalaaribosonia. Jäljelle jää kolme massallista mittabosonia (Wt ja Z) sekä yksi massallinen skalaaribosoni eli Higgs. Toinen mittabosoni on aluksi massaton ja pysyy sellaisena eli fotoni.

Paljon tarinaa, mutta osoittaa että nimenomaan kiinteän aineen teorioista lähdettiin ja päädyttiin Higssiin (ja sähköheikkovoiman symmetriarikkoon).

Eusa
Seuraa 
Viestejä15570
Liittynyt16.2.2011

Ajatuksiani.

Mittasymmetrian rikkoo aikakehitys, joka näkyy massana. Globaalisti hiukkaset ovat asettuneet spin½-kiertoon, jossa johdonmukaisuusvaikutus kiertyy itseensä kahdella kierroksella vaihtaen vuorottain pariteettia ja johdonmukaisuussuuntaa. Etäisyydet ovat kvantittuneet tuon pariteetin mukaan, mikä näkyy epämääräisyysperiaatteena. Vuorovaikutukset nopeudella c "näkyvät" hiukkasille keskenään, kun etäisyys on parillinen ja "puuttuvat" eli eivät voi muodostaa emissio-absorptio-johdonmukaisuutta, kun etäisyys on pariton ja johdonmukaisuudet toisilleen vastakätisiä. Sisäisesti hiukkasen johdonmukaisuus (eli aikasuunta) oskilloi edestakaisin, mutta ulkoisessa mittauksessa se askeltaa vain yhteen aikakehityssuuntaan, josta siis seurauksena hiukkasen hitaus eli paikallisuus ja aika.

Geometrinen symmetria ei siis ole rikkoutunut, mutta mittasymmetria on. Vuorovaikutus- eli mittaustodellisuudessa aika kulkee vain yhteen suuntaan ja aine-antiaine-tasapaino näyttää järkkyneen. Higgsin kenttä on geometrisesti zik-zak-kenttä, joka saa keskimäärin arvon nolla, mutta mittaustodellisuudessa vakioarvon vuorottaisen potentiaaliheilahduksensa määrällä, joka vuorottaiskätisyyksissä on ainevuorovaikutuksissa jatkuvasti positiividefiniitti, ei vuoroin posi- ja negatiivinen, vaikka geometrisesti ajatonta tilaa vasten niin onkin. Koska vuorovaikutustodellisuus kiertää samaa tahtia kuin Higgs, mittaukselle sen arvo on skalaarinen arvo, joka on paikallisuuteen nähden vakioitavissa: tyhjön potentiaaliodotusarvo on kaksi kertaa tuon heilahduksen eli Higgsin hiukkasen suuruinen (ja näyttää sitovan heikon vuorovaikutuksen ja protonin koherenssiinsa, mutta ei siitä enempää).

Näin geometrinen globaali symmetria olisi paikallisesti rikkoutunut mittasymmetria. Aiheeseen liittyy Hawking-Unruh -"lämpötila" T_H-U = ħg/(2πckB), joka kytkee johdonmukaisuuskahvan, magneettisen ajattoman monopolin, pyörivänä tapahtumahorisontti-singulariteettina avaruuden suhteen negatiivisen pyörimisensä keskeiskiihtyvyyden hiukkasen kvadrupoliseksi massaksi ja monopolin samassa yhteydessä duaali-dipoliseksi spiniksi ja varaukseksi. Gravitaation johtaminen tuosta Hawking-Unruh -"lämpötilasta" kineettisenä terminä holografisen periaatteen mukaisesti: https://www.tiede.fi/comment/2393634#comment-2393634

Tapahtumahorisontteja siis löytyisi ja olisivat oikeasti alkeishiukkasilla se raja, joka erottaa ajallisen ajattomasta, eikä horisontin takana voisi olla mitään mitallista.

Runollisia ajatuksia kesken opintojen.

Hienorakennevakio suoraan vapausasteista: 1 / (1^0+2^1+3^2+5^3+1^0/2^1*3^2/5^3) = 1 / 137,036

John Carter
Seuraa 
Viestejä9784
Liittynyt17.2.2006

Lentotaidoton kirjoitti:
Ratkaisuksi muodostui, että symmetria on kyllä taustalla, mutta sen kätki kenttä, joka sai suprajohtimessa nollasta poikkeavan arvon. Eli symmetria rikkoutui spontaanisti (ja tämä idea pääosin siis Nambulta).

Heliumin kohdalla (supranesteessä) syy löytyy kvanttimekaniikasta, sillä minkä tahansa kvanttijärjestelmän alimmalla energiatasolla on aina nollasta poikkeava energia, joka liittyy kvanttivaihteluihin. Kvanttimekaniikka myös hallitsee siirtymää , joka muuttaa heliumin normaalista nesteestä supranesteeksi n.2 astetta absoluuttisen nollan yläpuolella.

" Käsittämätöntä luonnossa on sen käsitettävyys. " Albert Einstein

Lentotaidoton
Seuraa 
Viestejä5705
Liittynyt26.3.2005

John Carter kirjoitti:
Lentotaidoton kirjoitti:
Ratkaisuksi muodostui, että symmetria on kyllä taustalla, mutta sen kätki kenttä, joka sai suprajohtimessa nollasta poikkeavan arvon. Eli symmetria rikkoutui spontaanisti (ja tämä idea pääosin siis Nambulta).

Heliumin kohdalla (supranesteessä) syy löytyy kvanttimekaniikasta, sillä minkä tahansa kvanttijärjestelmän alimmalla energiatasolla on aina nollasta poikkeava energia, joka liittyy kvanttivaihteluihin. Kvanttimekaniikka myös hallitsee siirtymää , joka muuttaa heliumin normaalista nesteestä supranesteeksi n.2 astetta absoluuttisen nollan yläpuolella.

Kyllä, mutta tekstissänihän oli (tässä kohtaa) kysymys fotonien massallisuudesta/massattomuudesta (siis eräästä historiallisesta episodista tiellä symmetrian rikkoviin kenttiin ja sitä kautta Higgsiin).

Eusa
Seuraa 
Viestejä15570
Liittynyt16.2.2011

Mietityttää, että onko tahdikasta aloittaa aihe, jonka otsikkona eräs palstan nimimerkeistä...

Onko?

Hienorakennevakio suoraan vapausasteista: 1 / (1^0+2^1+3^2+5^3+1^0/2^1*3^2/5^3) = 1 / 137,036

Lentotaidoton
Seuraa 
Viestejä5705
Liittynyt26.3.2005

Eusa kirjoitti:
Mietityttää, että onko tahdikasta aloittaa aihe, jonka otsikkona eräs palstan nimimerkeistä...

Onko?

Miksei olisi? Hän on osoittautunut kiinteän aineen fyysikoksi. Varmaan yksi harvoja oikeita fyysikkoja täällä. Ansaitsee arvostuksemme. No ajatukseni oli hieman provosoida keskustelua (hänetkin mukaan) fysiikassa tärkeästä aiheesta. Kommentoithan itsekin heti ja toit ilmi (taas kerran) oman hypoteesisi  :). Hiukkasfysiikka ja kiinteän aineen fysiikka ovat lujasti naimisissa keskenään.

Fizikisto
Seuraa 
Viestejä589
Liittynyt19.2.2014

Kyllä, tiiviin aineen fysiikka tarjoaa mitä ihmeellisimpiä asioita :D Melkeinpä kaikille fysiikan osa-alueille löytyy joku analoginen systeemi. Ja tosiaan, hiukkasfysiikan Higgsin mekanismin motivaattorina toimi vahvasti vastaava mekanismi tiiviin aineen fysiikassa.

PS. Ei pelkällä tittelillä/statuksella pitäisi saada arvostusta.

Suosituimmat

Uusimmat

Uusimmat

Suosituimmat