Ruperea de simetrie

Rezumarea primului mesaj :

Provine din topicul: Care sunt cărămizile materiei?


In 2008 s-a luat premiul Nobel pentru fizica de catre Yoichiro Nambu, unul din fondatorii teoriei corzilor (stringurilor), si de catre Makoto Kobayasi şi Toshihide Maskawa, doi cercetatori care au avut contributii importante la teoria particulelor elementare cunoscuta sub numele de Modelul Standard.
Insa atunci a fost premiata descoperirea,,ruperii de simetrie '' un fenomen care sta la baza Modelului Standart si a mecanismului campului Higgs !
Redau aici linkul de mai jos in care este comentat acest mecanism -prea putin inteles- precum si cateva spicuiri
importante din descrierea lui:


http://science.hotnews.ro/stiri-idei-4777496-nobel-pentru-particule-elementare-fascinatia-simetriei.htm



Ruperea simetriei

Simetriile şi antisimetriile fac parte din experienta noastra cotidiana. Un fulg de zapada nu se modifica daca-l privim in oglinda, o manuşa oglindita este foarte diferita de manuşa originala (o manuşa pentru mâna dreapta devine, in oglinda, o manuşa pentru mâna stânga).
Spunem despre litera A ca este invarianta la oglindire, adica are o simetrie la oglindire, pe când litera Z nu este invarianta la acest tip de simetrie. Pe de alta parte, litera Z arata la fel daca o intoarcem cu susul in jos, pe când litera A se modifica.

Impactul ruperii de simetrie in Univers

Suntem produse directe ale “ruperii de simetrie” care a avut loc cu miliarde de ani in urma, imediat dupa Big-Bang. Aparitia materiei a fost un eveniment asimetric: dintr-un motiv pe care nu-l ştim inca, in univers a aparut mai multa materie decât anti-materie. Aceasta asimetrie initiala a fost la originea universului, aşa cum il ştim astazi.

Teoria particulelor elementare descrie trei tipuri de simetrie : simetrie la oglindire, simetrie de sarcina şi simetrie in raport cu timpul. In limbajul fizicii, prima este o simetrie de tip P (parity), a doua este o simetrie de tip C (charge) iar a treia o simetrie de tip T (time). Simetria P ne spune ca obiectele şi reflexiile lor in oglinda se comporta exact la fel ; simetria de tip C presupune ca particulele şi anti-particulele lor sa se comporte exact la fel in interiorul ecuatiilor, pe când simetria T inseamna ca evenimentele din lumea particulelor elementare sunt invariante la faptul ca se petrec in trecut sau in viitor.

De ce are loc ruperea de simetrie ?

Problema « ruperii de simetrie » a inceput in domeniul fizicii solidului, cu o serie de fizicieni care cautau solutia fenomenului numit super-conductivitate. Ruperea spontana de simetrie este considerata, in fizica particulelor, un fenomen generator de ordine. Imaginati-va o tranzitie de faza: de pilda trecerea apei din stare lichida in stare solida.

O picatura de apa este invarianta la rotatie. Un fulg de zapada, nu mai este. De cele mai multe ori, o tranzitie de faza corespunde cu o rupere a simetriei. In general, la energii mici, un sistem ajunge sa aiba o « stare preferata », in care simetria nu mai exista.

Ce a facut Nambu a fost sa mute aceasta problema din domeniul fizicii solidului in domeniul fizicii particulelor. A inceput cu o presupozitie revolutionara : dar daca ruperea spontana de simetrie exista şi in teoria cuantica a campului, cea care descrie comportamentul particulelor elementare ? Am putea descrie o stare similara cu starea de energie minima atunci când vorbim de particule elementare ? O «stare de vid » (vacuum state) ? Pornind de la aceasta presupozitie, Nambu a construit, prin analogie cu fizica solidului, un model al ruperii spontane de simetrie in fizica particulelor.


Pornind de la aceasta notiune ,,ruperea simetriei ''care este mecanismul de materializare al particulelor , asa numitul mecanism Higgs in cadrul Modelului Standart ?

și unda aia în X dimensiuni ce face? nu se ondulează, vibrează? că deaia e undă? o fi un purice care sare de colo colo?

Un sistem de doi electroni care se ciocnesc ascultă de o ecuație Schrödinger, dar aceasta nu descrie două unde care interferă într-un spațiu tridimensional, ci o singură undă într-un spațiu 6-dimensional, construit pe baza gradelor de libertate ale celor doi electroni,

Adica, fiecare particula cu spatiul ei, cu universul ei tridimensional? si ce au in comun, doar ecuatia lui Schrödinger?,

e corect dar ecuația lui Schrödinger tot despre blob-uri aflate în vibrație vorbește! că folosește mai multe variabile e doar un detaliu ... matematic nu te împiedică nimeni să pui în ecuație cîte variabile vrei ... problema e cînd plecînd de la astfel de ecuații cu foarte multe variabile încep să apară prin presă povești pentru copii mari despre extradimensiuni, infinitul mic are ba 5 ba 6 dimensiuni, 4 normale și 2 mititele și tot felul de aberații de acest fel! în realitate sunt simple grade de libertate care au o definiție matematică riguroasă și înseamnă cu totul altceva nu dimensiuni suplimentare! că dacă n-ar fi așa brațul complex al unui robot industrial am putea spune senini că se mișcă în 10 dimensiuni! sub nasul nostru!

că apar în pseudoziarele de doi bani, online și offline e una ... că încep să ajungă și prin manuale e altă mîncare de pește ... cum savanții tind să devină tot mai des, fără voia lor, preoții unei noi pseudoreligii, știința pop-culture, ce zice popa cel nou, credem că e adevărat ... și demonstrat matematic! n-are nici o importanță că demonstrația matematică e paralelă cu pseudo-religia vremii oricum nu sunt prea mulți cei care pot pricepe demonstrațiile acestor ecuații! e ca în politică, n-are nici o importanță adevărul contează doar dacă îi dăm sau nu la mufă cinstitului băsescu! că merită! după cît ne-a înjurat și scuipat acum e rîndul nostru! na! ia la mufă și de la mine! să îți cadă bine cum mi-a căzut și mie!

eu îmi mențin părerea, fenomenele cuantice sunt fără echivalent macroscopic doar pentru că definiția clasică a unui obiect e puternic limitată în cultura populară!

în realitate, ceea ce ne arată lumea dimensiunii plank e un obiect mult extins ca definiție! e mai mult un blob 3D gelatinos aflat într-o continuă vibrație 3D! iar o undă 3D nu poate vibra decît într-un singur mod! vă las pe voi să aflați singuri cum!

și din acest mic detaliu combinat cu o scurgere a timpului mult mai rapidă ne face pe noi să vedem prin microscop ceea ce la scară normală nu se poate percepe decît dacă am observa un fenomen timp de milioane de ani! deabia la acea scară temporală apar efectele cuantice la dimensiunile noastre!

însă a pretinde că nu au echivalent macroscopic, că sunt specifice doar atomilor și moleculelor e o minciună!

iar o undă 3D nu poate vibra decît într-un singur mod! vă las pe voi să aflați singuri cum!

O unda 3d, din motive de simetrie, nu poate pulsa decat ca o inima, sau mai corect ca o meduza, care isi modifica voalura la fiecare contractie ceia ce ii asigura deplasarea.

Adica, fiecare particula cu spatiul ei, cu universul ei tridimensional? si ce au in comun, doar ecuatia lui Schrödinger?

Cam așa ceva. Fiecare particulă are propriul său spațiu Hilbert, iar spațiul Hilbert al sistemului total se obține ca produs direct de spații individuale. Consecința impractică este aceea că dacă dorim să rezolvăm o problemă în termeni de coordonate de poziție, un sistem de câteva particule prezintă deja dificultăți insurmontabile, motiv pentru care s-au dezvoltat multe alte tehnici mai eficiente decât ecuația Schrödinger pentru rezolvarea problemelor concrete.
Să nu se înțeleagă greșit, această ecuație este de o importanță fundamentală pentru înțelegerea lumii în care trăim, dar din păcate nu poate fi rezolvată exact decât pentru cele mai simple probleme. Soluții aproximative sunt posibile pentru o gamă largă de situații, dar, cum spuneam, pentru problemele moderne ale fizicii, alte tehnici sunt necesare dacă vrem să răzbim.

Problema vibrațiilor este una teribil de complicată. Ce a scris virgil mai sus este incorect, în funcție de specificul problemei o suprafață dată (indiferent de câte dimensiuni are) poate vibra într-o mulțime de feluri. Modul acesta, ”de meduză” este doar cel mai simplu posibil, pot fi și altele mai interesante.

și așa ajungem la cea mai importantă concluzie:

lumea cuantică, microscopică, pare atît de ciudată și diferită de cea macroscopică din cauza unui singur factor substanțial diferit

timpul!

dacă începem să ne imaginăm fenomenele fizice de zi cu zi, accelerînd timpul cu factori gigantici, nu e vorba de raporturi de genul 1:2 sau 1:10 ci diferențe uriașe, de genul 1:10^6 dacă nu mai mult o să înțelegem tot mai bine universul fizic cuantic în care se mișcă și evoluează atomii, moleculele, electronii și protonii ...

ce este o cuantă? un întreg! care apare sau dispare, brusc, din nimic! în nimic! fără tranziții continue, infinit de mici, de la o altă stare calitativ diferită, anterioară!

un exemplu de obiect cuantic:


apare ... dispare ... apare iar ... dispare iar ... fără urmă ... depinde doar de raportul de frecvență dintre observator și frecvența mișcării sale reale!

dar!

acel obiect cuantic pretins real la rîndul lui poate apare si dispare funcție de ... frecvență ... șamd

repetat ... la infinit ....

pînă unde maică? pînă la fund! una peste alta, numai broaște țestoase! și unde e fundul? unde se opresc broaștele țestoase mamaie? heheheeeei! ești deștept maică, deștept! lasă că știi tu!

dacă începem să ne imaginăm fenomenele fizice de zi cu zi, accelerînd timpul cu factori gigantici, nu e vorba de raporturi de genul 1:2 sau 1:10 ci diferențe uriașe, de genul 1:10^6 dacă nu mai mult o să înțelegem tot mai bine universul fizic cuantic în care se mișcă și evoluează atomii, moleculele, electronii și protonii ...

Daca ne raportam la o rotatie a Pamantului in jurul Soarelui, care inseamna cca. 10^7 secunde, la o perioada a electronului de hidrogen care inseamna 10^-16 sec. ceia ce la noi se petrece intr-un an, in microcosmos se petrece in 10^-16 secunde, adica nici prin gand nu-ti trece.

Chiar ca s-a rupt simetria de tot !

Cam asa s-a creat lumea :
Intai s-a intocmit programul ,apoi s-au ales materialele , s-au potrivit conform programului si a aparut imaginea :
https://www.youtube.com/watch?v=Md78sOI1-r8&feature=player_detailpage

Dupa ce miscarea inceteaza, se intrerupe si imaginea ...

Interesanta experienta, in mod asemanator se face si scrierea cu laser a reclamelor.
Dar sa revenim la ruperea simetriei; aici vreau sa amintesc despre experienta lui Wu, in care a analizat asimetria in emisia electronilor la dezintegrarea beta a nucleelor orientate de cobalt.
Folosind un camp magnetic, a orientat nucleele atomilor de cobalt radioactiv, dupa care s-au numarat cati electroni se emit in directia spinului nuclear, si cati electroni se emit in directie opusa. De aici a ajuns la concluzia ca majoritatea electronilor emisi sunt in directia opusa spinului nuclear, deci simetria de oglindire spatiala nu mai este respectata.

Nu cunosc o asemenea experienta !
Ce inseamna spin nuclear in acest caz si care este orientarea lui ? si simetrie de oglindire spatiala ?
Cum ar fi trebuit sa fie spinul electronilor la dezintegrarea nucleelor orientate de cobalt ?(In ce directie erau orientate?)
Prezinta si tu pe scurt experienta , nu am gasit-o pe net .

prima experienta cu paritatea a fost efectuata de grupul fizicianei chineze C.S.Wu, din 1956, la Universitatea Columbia din S.U.A. Ei au reusit sa confirme ipoteza lui Lee si Yang despre neconservarea paritatii la dezintegrarea beta a cobaltului 60; 60 Co -> 60 Ni + -e + antineutrino.
Experienta a fost destul de grea pentru ca s-a lucrat cu temperaturi joase de 0.01 K la care au fost supuse proba de cobalt. Cu ajutorul unui camp magnetic de cca 100 Oe, nucleele radioactive au fost orientate cu spinul vertical. Numarand electronii emisi in directia spinului nuclear, si electronii emisi in directia opusa spinului nuclear, s-a constatat ca majoritatea electronilor erau emisi in directia opusa spinului nuclear. Aceasta asimetrie de emisie a electronilor se datoreaza tocmai neutrinului si antineutrinului.

Unde este contradictia aici?

Unde este contradictia aici?

Faptul ca electronii au o directie privilegiata de emisie. De fapt aceasta directie privilegiata se datoreaza elicitatii neutrinului, adica a proprietatii neutrinului de a fi tot timpul polarizat, deplasandu-se cu spinul orientat pe directia de deplasare. In cazul de fata este vorba de antineutrinul care are spinul orientat in directia deplasarii. Intrucat antineutrinii se vor deplasa in sensul spinilor nucleari, determina electronii sa se deplaseze in sens invers. De aici apare asimetria oglindirii spatiale.

Referitor la elicitate:
Din teoria lui Dirac referitoare la existenta antiparticulelor rezulta
ca spinul unui fermion cu masa nula trebuie
sa fie orientat paralel sau antiparalel cu directia de
miscare (polarizare)

Deoarece neutrinul se deplasează cu viteza luminii iar masa sa nu este nula, elicitatea neutrinului va fi proiectia spinului pe directia impulsului . Cum impulsul neutrinilor se presupune ca era pe directia spinului nucleelor adica in sus atunci antineutrinii ar trebui sa aiba spinul in jos ! Cum electronii se gaseau intr-un camp magnetic dirijat spre nucleele de cobalt cred ca o influenta o aveau si protonii existenti ,emisi in urma dezintegrarii neutronilor ,care sunt se stie de sarcina pozitiva si care ar putea da o respingere a electronilor dirijati si deci o reorientare a spinilor acestora...

Cum impulsul neutrinilor se presupune ca era pe directia spinului nucleelor adica in sus atunci antineutrinii ar trebui sa aiba spinul in jos !

Eu nu mi-am dat cu parerea, am scris exact ce este in carte;
""Neutrinul si rolul lui in fizica, astronomie si cosmologie"" autor
T.Toro, editia 1969, pag 130. Cap.4. Verificarea experimentala a neconservarii paritatii la interactiuni slabe.
Deci antineutrinii au spinul orientat in directia miscarii, iar neutrinii au spinul orientat in sens invers al miscarii.

In schimb eu mi-am dat cu parerea ...
Am presupus ca spinii neutrinilor erau in directia miscarii.
Dar daca spui ca prin experienta neutrinii aveau spinul orientat in sens invers miscarii , inseamna ca totul se inverseaza ...

De rupt ati rupt-o, de legat inapoi n-are nimeni de gand s-o lege?

Deci antineutrinii au spinul orientat in directia miscarii, iar neutrinii au spinul orientat in sens invers al miscarii.

Acest lucru implica faptul ca exista o legatura intre directia de miscare si spin, nu numai la neutrino ci si la alte particule precum electronul.

Da , dar acest lucru presupune ca spinul este orientat in sens invers
directiei de miscare a particulelor ca si cum s-ar opune miscarii ,ceea ce mi se pare un anacronism.
Avand in vedere ca experienta s-a desfasurt prin anii '60 nu stiu daca cercetatorii au tras concluziile cele mai potrivite !

Da , dar acest lucru presupune ca spinul este orientat in sens invers
directiei de miscare a particulelor ca si cum s-ar opune miscarii ,ceea ce mi se pare un anacronism.

Dar aici nu este vorba de un burghiu sau de o elice ca sa se opuna sensului de miscare. Pur si simplu neutrinii au spinul opus sensului de miscare iar antineutrinii au aceiasi orientare cu sensul de miscare. Interesant este ca exista o legatura intre sensul de miscare si spin, legatura care cred ca se pastreaza la toate particulele si la fotoni. Chiar as fi interesat sa aflu acest lucru.

Cine a spus de burghiu ?
Spune tu de ce neutrinii au spinul invers miscarii ,
ca tu ai afirmat ca scrie in carte asta si cum s-a constatat ,
avand in vedere dimensiunile lor !?

S-au urmarit radiatiile beta, in urma transformarii neutronului in proton se elimina un electron si un antineutrino. Introducand proba radioactiva intr-un camp magnetic puternic, se obtine orientarea spinilor nucleari pe directia campului magnetic. In urma dezintegrarii neutronilor s-a urmarit directia de emisie a electronilor, numarandu-se cati electroni se emit in directia spinului nuclear si cati electroni se emit in directie opusa. Numarul electronilor care se emit in directie opusa spinului nuclear este mult mai mare decat electronii emisi in directia spinului. Deci simetria de oglindire spatiala fata de un plan care este perpendicular pe directia spinului nuclear, nu mai este respectata. Experienta a avut loc la temperaturi de cca 0,01 grade Kelvin. Pentru satisfacerea egalitatii spinului nuclear inainte si dupa dezintegrarea beta a cobaltului radioactiv, care se transforma in nichel, a rezultat ca emisia antineutrinilor are loc pe directia opusa spinului nuclear. Descrierea experientei si teoria respectiva este mai ampla, dar cred ca s-a inteles esenta.

Virgil 0.01 grade K ?
S-a obtinut o asemenea temperatura ? Da-mi voie sa ma indoiesc .
Deci e vorba de spinul antineutrinilor ?

Virgil 0.01 grade K ?
S-a obtinut o asemenea temperatura ? Da-mi voie sa ma indoiesc .
Deci e vorba de spinul antineutrinilor ?

Temperatura de aproximativ 0,01 grade kelvin s-a obtinut prin metoda demagnetizarii adiabatice a sarii paramagnetice.
Mai mult nu am aprofundat ce inseamna aceasta metoda.

Evident este vorba de spinul neutrinilor. Dar cum acestia nu pot fi observati in mod direct, atunci s-a abordat aceasta metoda indirecta prin dezintegrarea beta spontana a cobaltului;
60 Co-->60Ni+(-e) + antineutrino.
Stiind ca spinul atomului de Co este 5, iar spinul atomului de Ni este 4, rezulta ca suma spinilor electronului si a antineutrinului trebuie sa fie 1. Daca spinul electronului este 1/2 si spinul antineutrinului trebuie sa fie tot 1/2, astfel ca sa se verifice egalitatea;
5=4+1/2+1/2;
Cum si conservarea impulsului trebuie sa se respecte, rezulta ca daca electronii sunt emisi majoritar invers spinului nuclear, atunci antineutrinii sunt emisi pe aceiasi directie cu spinul nuclear. Cum spinul nuclear este reprezentat ca un surub drept, si antineutrinul are aceiasi orientare de spin purtand numele de surub drept sau elicitate.
pentru demonstrarea acestui lucru s-au facut mai multe experiente, urmatoarea fiind a lui Goldhaber.

Deci practic avem o emisie dirijata a antineutrinilor care sunt neutrini cu spin inversat pentru ca neutrinii nu au sarcina .Aceasta confirma intr-un fel si Principiul de excluziune al lui Pauli care afirma ca nu pot exista doi fermioni cu acelasi spin ...

Deci practic avem o emisie dirijata a antineutrinilor care sunt neutrini cu spin inversat pentru ca neutrinii nu au sarcina

Neutrinii nu au sarcina electrica, dar au sarcina leptonica. Astfel neutrinii au sarcina leptonica +1, iar antineutrinii au sarcina leptonica -1. Acelasi lucru este valabil pentru toti leptonii, numai ca unii mai au si sarcina electrica, asa cum sunt electronii si mezonii miu. Justificarea acestei asimetrii, dupa parerea mea se datoreste si interactiunii campului magnetic nuclear cu campul magnetic al electronului, ceia ce determina emiterea electronilor intr-o directie preferentiala, in timp ce neutrinii sunt lipsiti de sarcina electrica si de camp magnetic propriu, ceia ce duce la emisiunea antineutrinilor in sens opus electronilor, astfel ca suma spinilor celor doua particule sa fie egala cu unu.

virgil a scris:
Neutrinii nu au sarcina electrica, dar au sarcina leptonica.
" neutrinii sunt lipsiti de sarcina electrica si de camp magnetic propriu, ceia ce duce la emisiunea antineutrinilor in sens opus electronilor, astfel ca suma spinilor celor doua particule sa fie egala cu unu.

Oare sarcina leptonica nu este o mini sarcina electrica ?
Oare exista in Univers vreo particula care nu are camp magnetic ? Ceva fara magnetism nu este viabil. Magnetismul tine si constrange cuanta sa nu se dezintegreze, este ca o piele-epiderma.
E bine totusi ca neutrinii au spin, dar au oare toti neutrinii spin?
Oare cum arata spinul ? Oare sunt toti la fel, sau difera fundamental ?.
Daca electronul emite un neutrin, se face suma spinilor egala cu unu. Bun. Bine, chiar foarte bine pentru contabilitate si simetrie. Dar catastrofa: imediat electronul mai emite inca un neutrin, si inca unul, si inca unul, si tot asa la infinit, de miliarde si miliarde de ani...Care este deci suma spinilor, dragi cercetatori ?
Super-Simetrie !!!

Invers :
la transformarea unui neutron in proton......

CAdi a scris:la transformarea unui neutron in proton..

Niet! Acolo se emite un electron şi un antineutrino.
Gafiteanu vorbea de neutrino.