¿Podría volver a ocurrir una ruptura espontánea de la simetría en nuestro universo?

En el vacío y con sólo las partículas que conocemos, la respuesta es no . Veamos las simetrías que sabemos que existen en la naturaleza:

1. $SU(3)$color: confinado, solo existen estados incoloros debajo de la transición de fase QCD
2. $SU(2)\times U(1)_Y$electrodébil: elevado a$U(1)_{EM}$electromagnetismo
3. $U(1)_{EM}$: Aquí tenemos la oportunidad. Vea abajo...
4. $U(1)_{B-L}$: Simetría global en SM, posible simetría calibrada de GUT o no una verdadera simetría en absoluto. Si se mide, se rompe a gran escala. Tenga en cuenta que no vemos ningún bosón de Goldstone sin masa para esta simetría, por lo que no puede ser una simetría global rota espontáneamente. Debe ser Higgsed o no una simetría en absoluto. En cualquier caso, la ruptura ya ha sucedido o nunca sucederá. Romper esto es relevante para la bariogénesis pero no para mucho más.
5. Simetría de sabor quiral QCD: solo una simetría aproximada. Rotos por condensados ​​quirales, los pseudo-Nambu-Goldstones son los mesones. (Dejaré de enumerar simetrías aproximadas; de lo contrario, esta lista será muy larga, pero esta es bastante importante).
6. Invariancia local de Poincaré: Exacta y "calibrada" en relatividad general. (Nota: hay un debate en curso sobre la semántica de si la gravedad es una teoría de medida. Hay similitudes y diferencias importantes entre la gravedad y las teorías de medida estándar de Yang-Mills. De ahí las comillas de miedo sobre "medida").
7. Invariancia global de Poincaré ($SO(1,3)\ltimes \mathbb{R}_4$): Roto espontáneamente por el hecho de que el universo se está expandiendo y hay cosas en él . Esta es una simetría del espacio-tiempo de Minkowski, por lo que a menudo se usa en física de partículas, pero no es una simetría de nuestro universo real porque se está expandiendo. En general, no hay simetrías globales o leyes de conservación en GR, pero las simetrías espaciotemporales habituales se mantienen en una muy buena aproximación en cúmulos galácticos y escalas más pequeñas. Mi lenguaje anterior tenía la intención de transmitir esto, pero era descuidado e inexacto.

Por lo que puedo ver, hay dos opciones para la ruptura espontánea de la simetría en el universo actual: el ataque n. ° 3 o el n. ° 6. ¿Qué necesitas para romper cualquiera de estos grupos? Necesita un parámetro de orden que se transforme de manera no trivial bajo las simetrías para tomar un valor de expectativa distinto de cero.

Para el electromagnetismo, eso significa que necesita un condensado cargado, pero no conocemos ningún escalar cargado y el condensado quiral es necesariamente neutral (¿por qué es eso? Buena pregunta;)). En principio uno de los$W^\pm$podría servir (también rompiendo espontáneamente la invariancia de Lorentz), pero esto no puede suceder porque tienen una gran masa positiva al cuadrado a través del mecanismo de Higgs. Tendría que generar una masa efectiva negativa al cuadrado utilizando algún mecanismo nuevo y elegante que definitivamente no existe en las bajas energías que podemos ver. Entonces, no puede romper EM en el vacío, pero puede hacerlo en un medio donde los movimientos colectivos de muchas partículas sirven como condensado. Estos materiales exóticos se llaman superconductores, y algunas personas piensan que son medianamente interesantes. ;)

Eso deja la invariancia local de Poincaré. Esto puede ser roto por un vector o un campo tensorial que desarrolle un condensado. La gente ha mirado este tipo de modelos, pero no hace falta decir que no hay nada como esto en la física conocida. Los experimentos han demostrado la invariancia de Poincaré con una precisión increíble. Dada la precisión de los experimentos y la escala cosmológica de la temperatura de transición de la que estamos hablando, necesitarías un vector o tensor con una masa negativa cosmológicamente pequeña al cuadrado. No hace falta decir que esto es problemático, especialmente si desea identificarlos con los conocidos bosones de calibre o gravitón.

Como dice Michael, no parece haber ninguna posibilidad seria de que se rompa la simetría, sin embargo, hay algunas posibilidades de hacer un túnel en un estado de vacío diferente. Irónicamente, esto probablemente sería una restauración de la simetría en lugar de una ruptura de la simetría.

Es posible que hayas oído hablar del paisaje de cuerdas . Esta es la idea de que la teoría de cuerdas permite muchas soluciones metaestables para el universo y podemos estar en uno de esos estados metaestables. Es posible que el universo pueda pasar a un estado en el que la supersimetría no se interrumpa y todas las dimensiones compactas se extiendan por completo.

Ligeramente menos especulativa es la sugerencia de que el vacío electrodébil puede ser inestable. Esto ha sido discutido brevemente en la estabilidad de masa y vacío de Measured Higgs , o vea el artículo de Alekhin, Djouadi y Moch .