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.
Ruperea de simetrie: Si ce daca?
|
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 sunt importante simetriile in fizica ? Pe de-o parte, este vorba despre valoarea lor estetica. Fizicienii sau filosofii cred inca ca o teorie are bune şanse sa fie adevarata daca este simpla şi « frumoasa », adica daca explica elegant fenomenele cu un numar minim de legi. Simetria este o proprietate pe care o cauta orice fizician, ca semn posibil al faptului ca teoria imaginata ar putea fi reala (daca rezista testelor experimentale). Aceasta nu este insa totul : simetriile inseamna, pentru fizicieni, simplificari considerabile ale calculelor. Mai mult, simetriile sunt echivalente, in fizica, cu prezenta unor legi de conservare. De exemplu, legea de conservare a energiei in ciocniri este echivalenta cu a spune ca ecuatiile ciocnirii sunt simetrice.
Simetriile şi asimetriile sunt esentiale in descrierea lumii subatomice, unde descoperirea unor noi şi noi particule elementare a speriat, la inceput, comunitatea ştiintifica : noile acceleratoare construite dupa razboi au descoperit ca particulele « elementare » , proton, neutron, electron, sunt la rândul lor facute din altceva, un ingredient care a primit numele de cuarci (de la un alt laureat Nobel, Murray Gell Man).
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.
De ce este insa importanta aceasta descoperire pentru fizicieni ? Teoria lui Nambu a reuşit un mare pas inainte in domeniul fizicii particulelor. Iar mecanismul propus de Kobayashi şi Maskawa raspunde, printre altele, la faimoasa intrebare « de ce exista in univers mai multa materie decat antimaterie ? »