自発的対称性の破れ
自発的対称性の破れ(じはつてきたいしょうせいのやぶれ、spontaneous symmetry breaking)とは、ある対称性をもった系がエネルギー的に安定な真空に落ち着くことで、より低い対称性の系へと移る現象やその過程を指す。類義語に明示的対称性の破れや量子異常による対称性の破れ、またこれらの起源の1つとしての力学的対称性の破れなどがある。
主に物性物理学、素粒子物理学において用いられる概念であり、前者では超伝導を記述するBCS理論でクーパー対ができる十分条件、後者では標準模型においてゲージ対称性を破り、ウィークボソンに質量を与えるヒッグス機構等に見ることができる。また、この他、磁気学における強磁性体の磁化についても発生の前後で自発的対称性の破れが考えられている。
有限自由度の量子系では、ハミルトニアンがある対称性を持つとき、その真空状態もまた同じ対称性を持ち自発的対称性の破れは起こらない。これは、古典的には複数のエネルギー極小状態を持つ系であっても、量子論ではトンネル効果のために有限の確率でこれらの状態間の遷移が可能であり、これらの重ね合わせ状態として真空状態が実現することに由来する。しかし無限自由度系ではこのようなトンネル確率はゼロであり、対称性が自発的に破れている系には複数の真空状態が縮退して存在する。このことは南部・ゴールドストーン粒子の存在やヒッグス機構によるゲージ場の質量獲得と関係している。