Trencament espontani de simetria

El trencament espontani de simetria és un concepte de la física teòrica que té un paper particularment important en el model estàndard en la física de les partícules elementals, el mecanisme de Brout-Englert-Higgs. Es parla de trencament espontani de simetria quan l'estat fonamental, l'estat de menor energia, d'un sistema físic té menys simetries que les equacions subjacents de moviment. Això passa quan en una teoria simètrica, el seu estat fonamental no és únic.^[1] (Vegeu la imatge de la dreta)

El concepte també és important en la física de l'estat sòlid, camp en el que va ser utilitzat per primera vegada. El seu origen es troba a la teoria del ferromagnetisme de Heisenberg del 1928, que descrivia les transicions de fase dels materials ferromagnètics al voltant de la temperatura de Curie com una transició d'estats d'ordre vers estats de desordre. L'estat de magnetització espontània dels materials ferromagnètics, per sota de la temperatura de Curie, seria deguda a la correlació o alineació dels spins dels seus àtoms en una mateixa direcció, el material seria un conjunt infinit de dipols magnètics amb spin 1/2, i la interacció entre els dipols veïns tendiria a fer que acabessin alineats. En l'estat fonamental, el de menor energia, els spins es trobarien alineats, la magnetització apuntaria vers una direcció particular, sense respectar la simetria rotacional.^[2][3]

El mecanisme del trencament espontani de simetria electrofeble, conegut com a mecanisme de Brout-Englert-Higgs va ser proposat per Peter Higgs i d'altres físics, de manera simultània, el 1964, proporciona massa als bosons electrofebles, als quarks i als leptons. Steven Weinberg i Abu Ahmad Muhammad Abdus Salam van incorporar el mecanisme de Brout-Englert-Higgs al model estàndard de partícules, unificant les interaccions febles i electromagnètiques de manera que els càlculs de les quantitats observables no donin valors infinits. Aquesta unificació, coneguda com a model Glashow-Weinberg-Salam, va permetre la descoberta dels bosons electrofebles W⁺, W^– i Z a inicis de la dècada dels anys vuitanta.^[4][5]

Quan es va formular el mecanisme de Brout-Englert-Higgs, com a mitjà per dur a terme el trencament de simetria, era merament un instrument teòric necessari per saber l'origen de la massa de les partícules i evitar càlculs amb valors infinits. El mecanisme suposava l'existència del camp i del bosó de Higgs, però no era la única proposta que hi havia per a explicar del trencament de la simetria.^[6] Però el 4 de juliol de 2012 es va anunciar el descobriment experimental del bosó de Higgs,^[7] Un any més tard, Peter Higgs i François Englert foren guardonats amb el Premi Nobel de Física (2013) per la seva proposta teòrica original.