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サイエンスマンの本格科学メモ

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現代物理、進化論、脳科学など、現代の科学についての個人的思考を中心に記録します。

自発的対称性の破れの意味

素粒子論における標準模型に、自発的対称性の破れという重要な考え方があります。ゲージ対称性の破れやヒッグス機構もこれで説明できます。自発的対称性の破れとは、対称性が自発的に破れて一方向が特定化される現象で、もともとは統計力学で相転移と呼ばれる現象と同じです。

相転移とは、液体相の水が個体相の氷に変化したり、気体の水蒸気に変化するような現象です。物質そのものはH2Oで変わりはないですが、相によって性質ががらりと変わります。素粒子論でよく引き合いにだされる相転移は磁性体のそれで、ある温度以下になると、電子スピンがある方向に揃いだし、相転移が起きて常に磁性を持つようになります。このとき、統計力学の法則に従う統計集団は電子スピンの集団で、スピン間のミクロな相互作用が相転移という現象を起こします。相転移は集団内の協同現象です。

しかし、素粒子論での自発的対称性の破れ、つまり相転移における統計集団は何でしょうか。標準模型ではゲージ対称性や質量などの素粒子単体の性質を議論しているので、素粒子集団の統計力学的性質ではありません。素粒子自体に相転移が起きているということは、その裏に何らかの統計集団が潜んでいることを意味します。磁性体なら電子スピン集団が相当します。

ヒッグス機構では、質量を生み出すポテンシャルが仮定されますが、このポテンシャルは統計力学的な結果であって、その裏に何かの統計集団が想定されます。その正体は不明ですが、以前からの素粒子仮説からは「時空の歪み」の集団が候補にあがります。素粒子を構成するものがまた素粒子になるのかもしれませんが、それでは無限に繰り返しそうで、ありそうもないです。それよりどこかで「物質ではないもの」に帰着するほうが可能性がありそうです。


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by scienceman | 2014-12-28 16:31 | 現代物理