¿Existe una ruptura espontánea de la simetría U(1)U(1)U(1) en los BEC atómicos?

En la teoría de la condensación de Bose-Einstein, una forma de definir el parámetro de orden es utilizando el concepto de ruptura de simetría espontánea. Se dice que, por debajo de la temperatura crítica, el condensado adquiere una fase bien definida al romper espontáneamente una simetría U(1). Esto es análogo a la técnica utilizada para definir el campo eléctrico clásico, mi clase ( r , t ) = mi ^ ( r , t ) , dónde mi ^ ( r , t ) es el operador de campo eléctrico mecánico cuántico en términos de los operadores estándar de creación y aniquilación. Entonces, de manera similar, decimos que

Ψ ( r , t ) = Ψ ^ ( r , t )
dónde Ψ ^ ( r , t ) es el operador de campo de Bose.

Sin embargo, veo dos problemas con este enfoque. Una es que, si bien la superposición de estados correspondientes a diferentes números de fotones puede existir en la naturaleza, no se puede decir lo mismo de los átomos, ¡ya que no se pueden crear ni destruir!

El segundo punto es más técnico y se presenta en estas notas , en la página 87.

si ψ ^ ( t = 0 ) 0 el estado del sistema implica necesariamente una superposición coherente de estados con diferente número total de partículas; dicho estado no puede ser estacionario (ya que los estados con diferente número de partículas también tienen diferentes energías) y experimenta un colapso de fase ψ ^ ( t ) 0 haciendo más complicada la descripción de la evolución del sistema.

Entonces, mi pregunta es, ¿es correcto pensar en BEC como un tu ( 1 ) transición de ruptura de simetría? En particular, ¿es esta la única forma de explicar cosas como el modo de sonido cero (un modo Goldstone debido a esta ruptura de simetría)? ¿O se puede evitar este concepto por completo?

(1/2) No estoy seguro de que el segundo punto sea necesariamente cierto. Si uno tiene un BEC en equilibrio térmico con un reservorio térmico, de modo que los átomos puedan salir libremente del condensado y volver a entrar, entonces el número realmente debería poder fluctuar sin ningún costo de energía, ¿no cree?
(2/2) Sin embargo, Leggett ha hecho esencialmente las mismas críticas al paradigma SSB que se aplica a los superfluidos, y si está interesado en este tema, le recomiendo que tome una copia de su libro Quantum Liquids y eche un vistazo a sección 2.2 (parece que puede ver la parte relevante en Google Books).
¡Gracias! De hecho, parece que Leggett argumenta que el número total de átomos en el sistema + rezervoir aún debe conservarse en ese caso. De todos modos, este libro es de 2006, y me preguntaba si la disputa se ha resuelto mientras tanto.
¿Dónde está la simetría de calibre en un gas ideal de Bose? física.stackexchange.com/q/456375/226902

Respuestas (1)

Se puede evitar el concepto de ruptura de simetría en este contexto, para evitar la "no conservación del número de partículas".

La gente ha ideado una forma de hacerlo, consulte, por ejemplo, http://arxiv.org/pdf/cond-mat/0105058v1.pdf . Sin embargo, todos estos enfoques dan los mismos resultados que los métodos estándar de tipo Bogoliubov en el límite termodinámico. Esto no es demasiado sorprendente, dado que en el límite termodinámico, las fluctuaciones del número total de partículas se desvanecen (de la misma manera que la equivalencia de conjunto asegura que los conjuntos canónicos y grancanónicos den los mismos resultados). Estos enfoques solo complican las cosas por el gusto de hacerlo (o por la coherencia, dependiendo de su comunidad...).

No soy un experto, pero creo que algunos de los experimentos con átomos fríos no están en el límite termodinámico.
Digamos que 10 ^ 5 átomos está lejos del límite de pocos cuerpos, y que la precisión del experimento no es lo suficientemente buena como para ver correcciones de 1/N... Ningún experimento está nunca en el límite termodinámico, sin embargo, observamos claramente el segundo orden de transición de fase...
@Adam ¿Podría describir rápidamente el otro método que menciona? Sobre todo porque el artículo al que te refieres tiene más de 100 páginas... De antemano gracias.
@FraSchelle: si no recuerdo mal, uno no usa los operadores de creación estándar como Bogoliubov, sino operadores cuadráticos a 0 a (que así conservan la densidad). Entonces asumes que el estado 0 es la más poblada, sigue así, y tiene todos los factores necesarios para conservar la densidad. Al final del día, usas el hecho de que norte 1 , y recuperas los resultados estándar de Bogoliubov...