Los bosones de Goldstone son partículas sin espinas sin masa asociadas con la ruptura espontánea de simetría de simetrías globales en la teoría cuántica de campos.
A veces se les llama bosones Nambu-Goldstone, ya que el mecanismo de ruptura espontánea de simetría que los genera fue descubierto originalmente en el contexto de la superconductividad por Yoichero Nambu, y luego Jeffrey Goldstone lo generalizó y lo aclaró.
El teorema de Goldstone dice que si rompe espontáneamente una simetría a otra, siempre obtendrá un grado de libertad sin espín-0 sin masa por generador roto. Si se trata de una simetría global, entonces esto es todo lo que hay en la historia: solo hay algunas partículas extra de spin-0 sin masa.
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Si se trata de una simetría de calibre en lugar de una simetría global, entonces esto sigue siendo cierto, pero los bosones de Goldstone “devorados” por los bosones de calibre de los generadores rotos. Este es el lindo término que usan los físicos de partículas para referirse al hecho de que la forma más natural de interpretar los grados de libertad sin masa extra en este caso es como modos de polarización longitudinal para los bosones de calibre, que hacen que los bosones de calibre sean realmente masivos. Esto también se conoce como el “mecanismo de Higgs”, y así es como los bosones W y Z de la fuerza débil obtienen masa durante la ruptura espontánea de simetría de SU (2) xU (1) (electrodébil) hasta U (1) ( electromagnetismo).
¿Qué pasa con los bosones pseudo-Goldstone? Esto es cuando comienzas con una simetría aproximada en lugar de una simetría exacta. Luego, en lugar de obtener partículas sin masa exactamente, obtienes partículas con una masa pequeña, que se acercaría a cero en el límite de la simetría que se vuelve exacta.
Un famoso ejemplo de bosones pseudo-Goldstone son los piones en QCD. Estos son los mesones spin 0 (pseudoescalar) que son mucho más ligeros que los mesones spin-1 como el mesón rho. Era un misterio por qué eran mucho más ligeros, hasta que se dio cuenta de que son los bosones pseudo-Nambu-Goldstone de la ruptura de la simetría quiral. En QCD, hay una simetría de sabor SU (3) xSU (3) aproximada entre los quarks arriba, abajo y extraños. Si estos 3 quarks no tuvieran masa, entonces la simetría sería exacta. Pero en cambio, son mucho más ligeros que los otros 3 quarks (encanto, fondo y parte superior), por lo que la simetría es aproximada. Esta simetría quiral aproximada se rompe espontáneamente (por un condensado quiral) hasta el subgrupo de vectores SU (3), por lo que hay 16-8 = 8 generadores rotos y, por lo tanto, debería haber 8 bosones pseudo-Goldstone. Estos forman un octeto de mesón pseudoescalar. Si fueran verdaderos bosones de Goldstone, entonces no tendrían masa, pero en cambio son simplemente ligeros en comparación con los otros mesones. Por lo tanto, su ligereza está indirectamente conectada a la ligereza de los primeros 3 sabores de los quarks. El hecho de que los quarks arriba y abajo sean mucho más ligeros que el extraño quark también explica por qué los piones son los más ligeros de este octeto … si descuidas las masas de los quarks arriba y abajo pero no el extraño quark, entonces puedes hacer el mismo argumento anterior pero con SU (2) xSU (2) dividido en su subgrupo de vectores SU (2). Como esto está más cerca de una simetría exacta que el SU (3) xSU (3), los 3 bosones pseudo-Goldstone correspondientes (los piones) son aún más ligeros.
