Rotura de simetría y transición de fase

  1. ¿Cada transición de fase está asociada con una ruptura de simetría? En caso afirmativo, ¿cuál es la simetría que tiene una fase gaseosa pero no la fase líquida?

  2. ¿Cuál es la simetría extra que normal H mi tiene pero superfluido H mi ¿no es? ¿Se está rompiendo la simetría, en este caso, se está rompiendo una simetría de calibre?

Actualización A diferencia de los gases, los líquidos tienen un orden de corto alcance . ¿No significa que durante la transición de gas a líquido, el orden de los líquidos de corto alcance rompe la simetría de traslación? ¿ Al menos localmente ?

1- el parámetro de orden está relacionado con la diferencia de densidades en las dos fases, aunque no recuerdo los detalles. 2- Es la simetría global U(1) (no es realmente una simetría de calibre, ya que no hay campo de calibre).
@Adam: estaba adivinando el orden de corto alcance que tiene el líquido pero el gas no. Pero no sé si está escrito o mal.
para la transición líquido-gas, la correlación de corto alcance no es importante (aunque, por supuesto, tiene importantes consecuencias físicas). El parámetro de pedido es algo así como ρ A − ρ B dónde ρ A es la densidad en la fase actual, y ρ B el otro. Desempeña el mismo papel que la magnetización en el modelo de Ising (la simetría es Z 2 ).
@Adam: entiendo la idea del parámetro de pedido. Pero lamento no haber obtenido la respuesta que estaba buscando. En realidad, quería saber con precisión qué simetría se rompe durante la transición de gas a líquido (como las simetrías rotacionales y de traslación se rompen durante la transición de líquido a sólido). Espero no estar siendo vago. La misma pregunta que hice para la transición de He normal a He superfluido, en la primera parte de la segunda pregunta.
la cuestión es que el líquido y el gas son casi lo mismo, y es por eso que la simetría rota es bastante sutil (no es algo que se mida fácilmente en el laboratorio). Lo mismo con el helio.
No hay ruptura de simetría en la transición de fase líquido/gas. Como dijo @Adam, se caracteriza por un salto en la densidad.
@YvanVelenik: entonces la conclusión es: todas las transiciones de fase no están asociadas con la ruptura de simetría.
@Roopam: sí, por supuesto que no siempre están relacionados con la ruptura de la simetría.
@YvanVelenik: puede describir la transición de fase líquido-gas mediante un modelo Ising (para transiciones de primer y segundo orden), por lo que, de hecho, hay un parámetro de orden y una simetría rota. Pero no es una simetría del sistema físico en sí (rotación, traslación, etc.).
@Adam: Es solo un modelo aproximado de la transición líquido/gas, y la simetría es accidental. De hecho, puede considerar infinitas perturbaciones del gas de la red de Ising, que seremos tan buenas aproximaciones a los fluidos reales, y en las que no hay simetría. No hay razón para esperar que haya alguna simetría, incluso oculta, para la transición real de líquido/gas.
@YvanVelenik: el punto crítico de la transición líquido-gas está descrito por la clase de universalidad de Ising, caracterizada por la dimensión del espacio y la simetría del parámetro de orden. Cerca de esta transición, todas estas perturbaciones serán irrelevantes y la simetría será emergente (pero no menos real).
@Adam: su argumento no se aplica a la transición de fase de primer orden entre las fases líquida y gaseosa, que estoy discutiendo.
@YvanVelenik: Sí, no funciona para la transición de fase de primer orden (esto corrigió uno de mis comentarios anteriores), pero eso no cambia el hecho de que puede haber una simetría rota para una transición líquido-gas (al menos un particular punto).
@Adam: Pero la pregunta era "¿Cada transición de fase está asociada con una ruptura de simetría? En caso afirmativo, ¿cuál es la simetría que tiene una fase gaseosa pero la fase líquida no?", Y la respuesta es negativa.
@YvanVelenik: Nunca dije que toda transición esté asociada con una ruptura de simetría, lo que definitivamente no es el caso. Solo estoy argumentando que decir que no hay ruptura de simetría en la transición líquido-gas es una respuesta demasiado cruda.
@Adam: Pero, en sentido estricto, en el punto crítico, no hay transición de las fases gaseosa a líquida (las dos son indistinguibles en ese punto). Entonces, sigo con lo que dije: no hay ruptura de simetría en la transición de fase líquido/gas.
@YvanVelenik: No estoy tan seguro. Lo suficientemente cerca del punto crítico, esperamos que esta simetría efectiva describa el sistema, por lo que podría haber un rango más o menos pequeño a lo largo de la línea de transición de primer orden con efectivamente un Z 2 simetría, aunque la amplitud de este rango dependerá del modelo (o especie).

Respuestas (3)

Déjame responder a tu primera pregunta: las transiciones de fase no implican necesariamente una ruptura de simetría. Esto está claro en el ejemplo que está mencionando: la transición líquido-gas se caracteriza por una transición de fase de primer orden pero no hay ruptura de simetría. De hecho, el líquido y el gas comparten la misma simetría (invariancia de traslación y rotación) y pueden estar continuamente conectados en el régimen de alta temperatura/presión. En los sistemas cuánticos a temperatura cero, también se pueden encontrar transiciones entre estados líquidos de espín cuántico para los que tampoco hay ruptura de simetría. Otro ejemplo más es el caso del modelo XY 2D donde hay una transición de fase continua pero no hay ruptura de simetría (transición Kosterlitz-Thouless).

KT y los líquidos de espín son un buen ejemplo, pero el caso de líquido-gas es más sutil. Se puede mapear en un modelo de Ising, con el parámetro de orden asociado y la fase rota de simetría.
Tenga en cuenta que es fácil construir modelos sin simetría en los que ocurren transiciones de fase de primer orden (¡en realidad, esta es la situación genérica ! Tiene que trabajar más para construir modelos con ruptura de simetría). Hay una teoría matemática dedicada a este problema: la teoría de Pirogov-Sinai.
@Adam Los mapas de gas líquido al modelo Z2 Ising (0T) con todos los giros hacia arriba representan líquido, por ejemplo, y todos los giros hacia abajo a gas. No veo que se rompa la simetría durante esta transición. El caso de temperatura finita es similar con la disminución de los sitios de rotación mientras que aumenta la rotación. No se produce ruptura de simetría.
Que yo sepa, la ruptura de la simetría ocurre cuando pasamos por algún punto crítico. Entonces, el líquido y el gas deben compartir la misma simetría. Es el líquido supercrítico que tiene simetrías rotas por el régimen gas-líquido.
Entonces, ¿el paradigma de Landau no puede explicar la transición de fase líquido-gas? ¿O, en general, el paradigma de Landau no puede explicar la transición de fase de primer orden?

@VanillaSpinIce Estoy de acuerdo con la mayor parte de la respuesta de VanillaSpinIce, en cambio, "La transición líquido-gas se caracteriza por una transición de fase de primer orden pero no hay ruptura de simetría".

Por debajo del punto crítico, cuando ocurre una transición de fase gas-líquido, se forma una interfaz entre el gas y el líquido (ya que tienen diferente densidad), por lo que se rompe una simetría de reflexión discreta (entre gas y líquido).

La situación clásica sin ruptura de simetría es el caso de las llamadas transiciones isoestructurales. La palabra "isoestructural" es engañosa, ya que lo que se quiere decir es "isosimétrico". Sin embargo, históricamente surgió el término. Hay varios ejemplos de tales transiciones. Uno son las transiciones alfa-alfa' en los sistemas hidrógeno-metal, otro es la separación de fases en fluidos y soluciones de polímeros, la transición espiral-glóbulo en polímeros. Tal transición en una fase sólida ha sido reportada para SmS. En el caso de la fase sólida la red cristalina cambia de volumen, pero conserva su estructura (de ahí su nombre).

Esto no parece responder realmente a las preguntas formuladas, aunque está relacionado tangencialmente.
Esto no proporciona una respuesta a la pregunta. Para criticar o solicitar una aclaración de un autor, deje un comentario debajo de su publicación; siempre puede comentar sus propias publicaciones y, una vez que tenga suficiente reputación , podrá comentar cualquier publicación .
@ Kyle Esto responde a la primera parte de la pregunta. Simplemente no puede reconocer la respuesta. Indica la clase de transición sin el cambio de simetría (o más generalmente, estructural) y da ejemplos de materiales donde se observan dichas transiciones. Léalo una vez más. No respondo la segunda parte de la pregunta, donde no soy especialista.
@DavePhD esto de hecho da la respuesta a la pregunta. Lea mi comentario a Kyle y mi respuesta. En contraste, las respuestas anteriores junto con la discusión contienen errores graves.
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