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Symmetrie|brechung,

 

die Verletzung einer Symmetrie von physikalischen Zuständen oder Naturgesetzen. Man unterscheidet zwischen expliziter und spontaner Symmetriebrechung. Beispiele für explizite Symmetriebrechung sind die Verletzung der Drehinvarianz innerhalb eines Festkörpers durch das Anlegen eines äußeren Magnetfelds oder die Verletzung der Isospinsymmetrie durch die elektromagnetische Wechselwirkung. Im Falle spontaner Symmetriebrechung ist ein Gesetz zwar unter einer bestimmten Symmetrietransformation invariant, der Zustand mit der niedrigsten Energie (Grundzustand) in dem betrachteten System (in der Quantenfeldtheorie mit »Vakuum« bezeichnet) besitzt die entsprechende Symmetrie jedoch nicht. So richten sich z. B. in Ferromagneten unterhalb der kritischen Temperatur die atomaren Spins im energetisch günstigsten Zustand parallel zueinander aus, was die Drehinvarianz des Systems spontan bricht.

 

In der Quantenfeldtheorie fordert die spontane Brechung einer kontinuierlichen, globalen (nicht raumzeitabhängigen) Symmetrie die Existenz eines masselosen Teilchens mit Spin null, dem »Goldstone-Boson«. Die spontane Brechung einer raumzeitabhängigen Symmetrie oder Eichinvarianz führt jedoch zur Annahme einer nicht verschwindenden Masse der Eichfelder und zu Higgs-Teilchen. Die Glashow-Salam-Weinberg-Theorie der elektroschwachen Wechselwirkung z. B. beruht auf einer spontan gebrochenen Eichsymmetrie. Die vorhergesagten massiven Eichfelder, die W- und Z-Bosonen, wurden bereits experimentell nachgewiesen, die Existenz von Higgs-Teilchen konnte dagegen noch nicht bestätigt werden.