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¿Cómo surge un fotón masivo en el análogo de la materia condensada del mecanismo de Higgs?

Yo he probado las páginas de wikipedia, papeles (muy complejo) y otros en el foro de respuestas en este aparentemente tema popular, fue en vano. Sin entrar demasiado en matemáticas (lo siento), podría alguien por favor explique la materia condensada analógica del Mecanismo de Higgs?

E. g. He oído que la U(1) la simetría se rompe en un superconductor, y que usted puede pensar en esto como el resultado de los fotones de obtener un valor distinto de cero en masa.

Cómo es U(1) la simetría rota (¿por qué el par de cooper BEC romper U(1) la simetría), y cómo esta directamente implica un fotón de la misa? Gracias

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flippiefanus Puntos 1

Sólo una pregunta de respuesta corta. Una simetría es espontáneamente rota cuando el vacío no se transforma como un singlete en virtud de que la simetría. En el mecanismo de Higgs, que rompe el electro-débil de la teoría, el campo de Higgs, adquiere un valor distinto de cero vacío expectativa de valor (VEV) que se transforma como un doblete, y de esta forma se rompe la simetría.

En la superconductividad, la situación es un poco diferente, porque el VEV no está formado en una escuela primaria de campo, pero en un campo compuesto. Aquí la fuerza entre los electrones a través de las cargas positivas en el material se vuelve lo suficientemente fuerte como para formar un condensado, lo que da un valor distinto de cero VEV para este compuesto en el campo. Como resultado el vacío que lleva una carga eléctrica y por lo tanto no se transforma como un singlete en virtud de la U(1) la simetría. Esto entonces se rompe la simetría y da la fotones de una masa.

Antes de la ruptura de la simetría de los fotones de las parejas a la de los electrones. Debido a la VEV (el cual es una constante) el acoplamiento plazo da lugar a una masa plazo para el fotón. Desde el condensado lleva a cargo, va pareja a la de los fotones, pero en la teoría, esto debería verse como una masa plazo. (No estoy seguro acerca de los detalles aquí).

Esta es una explicación en palabras, pero hay algo que decir para trabajar todo esto en términos de las matemáticas. El detalle de cómo funciona esto sería así más clara.

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count_to_10 Puntos 483

Si usted está preparado para aceptar una respuesta simplista, porque es el único que te puedo ofrecer en mi actual nivel de conocimiento, entonces aquí va:

  1. La simetría se rompe, fuera de la superconductor, los fotones no tienen masa, de su interior, que tiene una masa efectiva.

  2. Cooper se forman pares en el interior del superconductor de material y dos electrones se combinan para formar un bosón. De la combinación de sus tiradas son de 1 o 0, por lo que puede tratarse como bosones.

  3. Los pares de Cooper pueden pasar a través del superconductor, a diferencia de los electrones únicos que golpea de los átomos en el superconductor sobre una base regular. Con pares de Cooper, cada empujón en un electrón produce una igual y opuesta tire en el otro electrón, de manera eficaz el movimiento del par de Cooper a través de la superconductor es posible sin la resistencia encontrada por un único electrón.

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  1. Cuando se mueven los electrones están sujetos a fuerzas que aceleran ellos, esto se traduce en una muy baja energía de los fotones. Debido al hecho de que los fotones tienen masa efectiva en los superconductores, los electrones que carecen de suficiente energía, tales como los pares de Cooper, no puede hacer que los fotones, y por lo tanto no puede perder energía.

  2. Entonces, ¿cuál es el campo que rompe la simetría entre los fotones fuera del superconductor y los de adentro. El campo creado por pares de Cooper.

Estoy totalmente de admitir que la descripción anterior es demasiado simple para contestar cualquier preguntas detalladas. Todo lo anterior está basado en el de Sean Carroll libro, "La partícula al final del universo". Es popsci, lo siento, pero no tiene las matemáticas y es un resumen básico.

He puesto esta respuesta con la esperanza de que alguien puede corregir los errores dentro de ella, como me han pedido casi una pregunta similar a la tuya, Partículas sin Masa y a pesar de que usted debe leer los comentarios que he recibido, hasta la fecha no he recibido una respuesta, posiblemente porque poner la cuestión en términos muy generales.

Ahora más sofisticada, la respuesta de Pares de Cooper y los Fonones.

El comportamiento de los superconductores sugiere que los pares electrónicos son de acoplamiento a través de un rango de cientos de nanómetros, los tres órdenes de magnitud mayor que el espaciado reticular. Llamados pares de Cooper, estos junto electrones puede tomar el carácter de un bosón y se condensan en el estado fundamental.

Este par de condensación es la base de la teoría BCS de la superconductividad. El efectivo neto de atracción entre la normalidad de repulsión de los electrones produce un par de unión de la energía en el orden de los mili-voltios de electrones, lo suficiente para mantenerlos vinculados a temperaturas extremadamente bajas.

La transición de un metal a partir de la normal a la superconductor estado tiene la naturaleza de una condensación de los electrones en un estado que deja una brecha de banda por encima de ellos. Este tipo de condensación es visto con helio superfluido, pero el helio se compone de bosones -- varios electrones no pueden cobrar en un solo estado, debido al principio de exclusión de Pauli. Froehlich fue el primero en sugerir que los electrones actúan como pares junto al entramado de las vibraciones en el material. Este acoplamiento es visto como un intercambio de fonones, fonones ser los quanta de celosía de vibración de la energía. Experimental de corroboración de una interacción con el entramado fue proporcionada por el efecto isotópico en los superconductores de temperatura de transición. El bosón-como el comportamiento de tales pares de electrones se investigó por Cooper y son llamados "pares de Cooper". La condensación de pares de Cooper es el fundamento de la teoría BCS de la superconductividad.

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