simetria in fizica
Fizica

Simetria de paritate si simetriile intrerupte in fizica

Simetria este proprietatea matematica care se manifesta esential la toate scarile din natura. De la petalele florilor pana la domeniul atomilor si moleculelor, simetria joaca un rol crucial in modelarea structurii materiei si dezvaluirea naturii realitatii fizice.

Definitia simetriei se poate schimba in functie de situatie, de exemplu, geometria unui obiect si invarianta acestuia in anumite rotatii sau reflexii ar putea oferi o idee matematica generala a simetriei sale, dar in fizica, simetria se refera in mod specific la o schimbare intr-un anumit proces fizic sau interactiune.

Se spune ca un proces fizic este simetric in raport cu o modificare daca ramane invariant in ciuda schimbarii induse.

Exista mai multe tipuri de simetrie in natura, iar cand vine vorba de fizica particulelor, suntem interesati in primul rand de ceva numit simetrie de paritate. Paritatea poate fi descrisa ca o inversare in semnul unei coordonate spatiale, de exemplu coordonata x se schimba in -x.

In general, paritatea specifica daca o proprietate asociata cu un fenomen fizic se schimba sau nu se schimba atunci cand ne uitam la imaginea in oglinda.

In esenta, toate fortele fizice fundamentale asociate cu particulele elementare raman invariante sub transformarea paritatii sau, cu alte cuvinte, prezinta simetria de paritate.

Cu toate acestea, ca o exceptie, forta nucleara slaba incalca aceasta simetrie.

simetria in univers

Simetria si asimetria in Univers. Simetria intrerupta

Acum este important sa ne dam seama ca in natura, asimetria se manifesta la fel de egal ca simetria si exista mai multe cazuri in univers care prezinta acest lucru.

De exemplu, este un fapt cunoscut ca universul nostru este dominat de materie peste antimaterie, desi considerentele simetrice ar fi trebuit sa duca la cantitati egale din ambele, un scenariu denumit de obicei asimetria barionica. Aceasta este inca una dintre problemele majore nerezolvate ale fizicii.

In plus, un aspect crucial legat de simetrie care merita discutat aici este conceptul de rupere a simetriei sau, cu alte cuvinte, simetria intrerupta.

In esenta, simetria poate fi clasificata in trei tipuri, in functie de situatii specifice, si anume: exacta, aproximativa sau intrerupta.

Prin deductie, se poate intelege ca simetriile care sunt exacte sunt valabile in toate circumstantele si cele care sunt aproximative sunt valabile, dar sub anumite constrangeri.

Ultima si anume, simetria intrerupta este de interes special pentru fizicienii particulelor, deoarece este fundamentala pentru intelegerea diferitelor aspecte ale modelului standard. In mod explicit, o simetrie intrerupta poate fi inteleasa din urmatoarea diagrama:

diagrama simetria si asimetria

La un nivel de energie suficient de mare, o minge s-a asezat in centru (punctul cel mai de jos), iar rezultatul are simetrie.

La niveluri mai mici de energie, centrul devine instabil, iar mingea se rostogoleste intr-un punct mai jos – dar, facand acest lucru, se stabileste pe o pozitie (arbitrara), iar rezultatul este ca simetria este intrerupta – pozitia rezultata nu este simetrica.

Pentru o perspectiva mai elaborata asupra simetriei intrerupte, luati in considerare un anumit fenomen care are loc in anumite conditii intr-un anumit mediu.

Pentru ca fenomenul sa se desfasoare fara probleme, simetria mediului trebuie sa fie defalcata la simetria fenomenului de catre un agent extern.

Astfel, ruperea simetriei corespunde in esenta unei situatii in care simetria initiala a fost redusa la o conditie care poseda mai putina simetrie. Pentru mai multe detalii despre ruperea simetriei si tipurile acesteia, puteti consulta acest link.

Descoperiri recente in fizica

Recent, s-a inregistrat un progres semnificativ in descoperirile legate de ruperea simetriei, precum si incalcarea simetriei paritatii in univers.

Vom discuta pe scurt cate un caz pentru fiecare dintre cele doua.

Incepand cu primul, un grup de cercetatori de la Institutul Max Born a facut echipa cu cercetatori de la Universitatea Duisberg-Essen pentru a afisa pentru prima data o noua modalitate de a sonda fononi coerenti, care sunt in esenta cuante de vibratii acustice, folosind ruperea simetriei.

Aceasta lucrare deschide o noua dimensiune a cercetarii in opto-acustica, cum ar fi determinarea unor noi proprietati de excitatie ale unui cristal, printre altele.

Ne-am uitat deja la ce inseamna simetria de paritate si de ce este importanta pentru fizica. Acum, o incalcare a acestei simetrii corespunde unei situatii din universul timpuriu in care legile fizicii erau esential diferite de cele de astazi si care, la randul sau, are implicatii puternice pentru evolutia universului.

O publicatie recenta in Physical Review Letters isi propune sa caute incalcarea paritatii folosind un model de galaxii.

Motivatia din spatele acestei cercetari este sa ne dam seama daca universul prefera forme de stanga sau de dreapta, ceea ce este in esenta o analogie trasa pentru simplitate (mana noastra stanga si mana dreapta sunt imagini in oglinda).

simetria mainilor

 

Chiar si un mic indiciu de incalcare a paritatii ar sugera ca universul are intr-adevar o pasiune pentru oricare dintre cele doua.

Echipa de cercetare si-a efectuat analiza matematica folosind ceea ce este cunoscut sub numele de functia de corelare, in acest caz, o functie de corelare in 4 puncte (4PCF). In termeni simpli, o functie de corelare in astronomie descrie distributia galaxiilor in univers.

Pe scurt, desi cercetarile actuale nu au clarificat daca preferinta este fata de formele de stanga sau de dreapta, s-a descoperit faptul ca universul intr-adevar prefera o forma fata de cealalta, confirmand astfel o incalcare a simetriei paritatii.

Pentru mai multe informatii despre lucrare si implicatiile acesteia, consultati acest articol.

In loc de incheiere

Un numar semnificativ de sonde de cercetare moderne au aratat ca modelul standard al fizicii particulelor nu este suficient de precis pentru a descrie cu acuratete majoritatea fenomenelor fizice.

Chiar si in noua lucrare a lui Cahn si colab., ei au anticipat un model dincolo de cel standard care ar putea explica in mod specific asimetria materie-antimaterie.

Acesta este unul dintre cazurile explicite care scot in evidenta inconsecventa in cadrul modelului standard. Anterior, ne-am uitat si la alte cercetari care tind sa ne indrepte in aceasta directie, de exemplu, acest articol care ia in considerare un astfel de scenariu.

Asadar, este timpul sa ne uitam acum la modele noi care au o baza de baza buna in ceea ce priveste standardele teoretice si care au potentialul de a explica rezultatele empirice dintr-o analiza a principiilor.

Modelul holografic generalizat este unul dintre ele. Scopul este de a reformula principiile fundamentale si de a le unifica intr-o structura coerenta care ar produce rezultate precise si testabile empiric, de exemplu, valorile diferitelor constante de cuplare.

Urmariti acest site – curiozitati stiinta – pentru a afla si alte lucruri noi si interesante despre universul in care traim!


Sursa: stanford.edu, resonancescience.org, science.gov, phys.org.


Acest articol a fost sustinut de cititori ca tine.

Misiunea noastra este sa oferim publicului stiri precise si captivante despre stiinta. Aceasta misiune nu a fost niciodata mai importanta decat este astazi.

Nu putem face, insa, acest lucru fara tine.

Sprijinul tau ne permite sa pastram continutul acestui blog gratuit si accesibil. Investeste in jurnalismul stiintific donand chiar astazi.

                                                                                             

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *



This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.