Свойство системы оставаться неизменной при преобразовании, таком как отражение или поворот.Симметрия в физике — это свойство системы оставаться неизменной при преобразовании, таком как отражение, поворот или обращение времени. Это фундаментальное понятие, поскольку симметрии ограничивают возможные законы природы и определяют законы сохранения: например, трансляционная симметрия приводит к сохранению импульса, а вращательная симметрия — к сохранению момента импульса. Симметрия также играет центральную роль в классификации частиц и материалов, а также в понимании того, почему некоторые явления, такие как сверхпроводимость или квантовая запутанность, могут сохраняться при определенных условиях.
Современная формализация симметрии в физике началась с Эмми Нётер в 1918 году, которая доказала, что каждой непрерывной симметрии соответствует закон сохранения. В XX веке это понятие было развито в квантовой теории поля и Стандартной модели, где калибровочные симметрии описывают фундаментальные взаимодействия.
Система обладает симметрией, если применение преобразования оставляет неизменными ее существенные свойства, такие как гамильтониан или наблюдаемое поведение. В квантовой механике симметрии соответствуют унитарным операторам, коммутирующим с гамильтонианом, что приводит к вырождению энергетических уровней и правилам отбора. В физике конденсированного состояния спонтанное нарушение симметрии происходит, когда основное состояние системы не обладает симметрией исходных уравнений, что приводит к таким фазам, как ферромагнетизм или сверхпроводимость. Скрытые симметрии, такие как SO(8) в некоторых столкновениях частиц, могут возникать динамически и упрощать сложные взаимодействия.
Принципы симметрии используются для предсказания новых частиц, создания материалов с желаемыми электронными свойствами и стабилизации квантовых состояний для квантовых вычислений, как показано в исследованиях по защите запутанности от теплового шума.
Симметрия SO(8), возникающая в некоторых моделях столкновений частиц, обладает особым свойством «триальности», которое меняет местами векторы, спиноры и сопряженные спиноры — уникальная особенность среди групп Ли.
