ГО́ЛДСТОУНА ТЕОРЕ́МА
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
Книжная версия:
Электронная версия:
ГО́ЛДСТОУНА ТЕОРЕ́МА в квантовой теории поля, теорема, утверждающая необходимость существования частиц с нулевой массой (голдстоуновских частиц) при спонтанном нарушении непрерывной симметрии. В релятивистской квантовой теории поля (КТП) Г. т. впервые сформулирована Дж. Голдстоуном в 1961. Доказательство аналогичной теоремы в нерелятивистской квантовой теории мн. тел одновременно и независимо получено H. H. Боголюбовым (см. Боголюбова теорема). Если спонтанное нарушение симметрии происходит с безмассовыми калибровочными полями, напр. с электромагнитным полем, то Г. т. может не выполняться (см. Хиггса механизм). Спонтанное нарушение дискретных симметрий также не приводит к появлению голдстоуновских частиц.
Необходимость появления безмассовых частиц при спонтанном нарушении симметрии можно пояснить на примере изотропного ферромагнетика, находящегося в основном состоянии. Для поворота вектора намагниченности \boldsymbol M в области (домене) объёма R^3 необходимо «повернуть» спиновые магнитные моменты частиц, число которых пропорционально R^3 (иными словами, возбудить такое же число магнонов – спиновых волн). При конечном радиусе a действия сил между спинами магнетика для такого поворота требуется затратить энергию лишь в поверхностном слое домена объёмом R^2a, поскольку состояние внутри домена также «вакуумное» (основное). Т. о., при R \rightarrow \infty энергия, приходящаяся на один магнон, сколь угодно мала, порядка R^2a/R^3∼R^{–1}, и его масса равна нулю, т. е. магноны являются голдстоуновскими частицами. Предположение о конечном радиусе действия сил существенно, т. к. при наличии дальнодействующих кулоновских сил рассуждение, очевидно, неверно. Именно по этой причине Г. т. для теорий с безмассовыми калибровочными полями может не выполняться.
В теории изовекторного скалярного поля при спонтанном нарушении изотопич. симметрии (см. Изотопическая инвариантность) появляются две безмассовые скалярные частицы, связанные с вращениями вокруг первой и второй осей изотопич. пространства, относительно которых изовектор неинвариантен, и одна частица с массой.
Наиболее важное приложение Г. т. в КТП относится к спонтанному нарушению киральной симметрии (см. Киральность), при котором появляются псевдоскалярные голдстоуновские мезоны. В суперсимметричных теориях поля голдстоуновские частицы могут быть и электрически нейтральными фермионами со спином 1/2 (см. Суперсимметрия), однако голдстоуновские фермионы пока не наблюдались.