Techniklexikon

spontane Symmetriebrechung

Teilchenphysik, SSB, spezielle Realisierung einer Symmetrie eines physikalischen Systems, die dadurch charakterisiert ist, dass die Grundgleichungen des Systems diese Symmetrie besitzen, der Grundzustand jedoch nicht. Ein einfaches Beispiel ist der Ferromagnet, dessen Atome über eine rotationsinvariante Spin-Spin-Kopplung  miteinander wechselwirken. Im Grundzustand zeigen alle Spins (innerhalb einer Domäne) jedoch in dieselbe Richtung, die Rotationsinvarianz ist also zerstört. Die Richtung der spontanen Magnetisierung ist dabei zufällig, alle entarteten Grundzustände können aus einem gegebenen durch eine Drehung erreicht werden. Erst bei Erhitzung des Ferromagneten wird die volle Symmetrie wieder hergestellt. In der Theorie der Supraleitung tritt spontane Symmetriebrechung bei sehr tiefen Temperaturen auf und äussert sich im Meissner-Ochsenfeld-Effekt, der die Verdrängung des magnetischen Flusses aus dem Inneren des Supraleiters beschreibt. In einer Quantenfeldtheorie äussert sich die spontane Symmetriebrechung in entarteten Vakuumzuständen, die durch die Symmetrietransformationen der Theorie miteinander verknüpft sind (siehe Abb.) und die Existenz eines oder mehrerer masseloser Goldstone-Bosonen bedingen (Goldstone-Theorem). Handelt es sich bei der spontan gebrochenen Symmetrie um eine lokale Eichsymmetrie, dann »fressen« die zunächst masselosen Eichbosonen die Goldstone-Bosonen und werden massiv. Auf diese Weise konnte ein lange Zeit ungelöstes Problem der Teilchenphysik, die Konstruktion einer renormierbaren Eichtheorie der schwachen Wechselwirkung mit massiven Vektorbosonen, gelöst werden (Higgs-Mechanismus).

spontane Symmetriebrechung: Betrachtet man ein komplexes Skalarfeld  mit dem Potential , , dann liegen die Grundzustände (Minimum von V) auf einem Kreis mit .