Symmetriebrechung

Grundidee der Symmetriebrechung

Symmetriebrechung bezeichnet in der Physik die Verletzung einer Symmetrie. Besonders gemeint ist der Phasenübergang von einer Phase oder einem Zustand mit höherer Symmetrie zu einer Phase oder einem Zustand mit geringerer Symmetrie.

Kontinuierliche Symmetrie

Ein Ferromagnet ist ein Beispiel aus der Festkörperphysik: Oberhalb der Curie-Temperatur ist das System drehsymmetrisch. Unterhalb dieser Temperatur besitzt es dagegen eine Magnetisierung in einer bestimmten Richtung. Dadurch wird die kontinuierliche Drehsymmetrie gebrochen.

Der Bruch einer kontinuierlichen Symmetrie ist immer mit masselosen Anregungen verbunden. Diese heißen Goldstonebosonen.

Diskrete Symmetrie

Beispiele für gebrochene diskrete Symmetrien sind die Verletzung der Paritätssymmetrie bei der schwachen Wechselwirkung und die CP-Verletzung. Die CP-Verletzung ist in der Kosmologie eine Voraussetzung für die Existenz sichtbarer Materie im Universum, also für die Baryonenasymmetrie.

Symmetriebrechung in Biologie und Virologie

Biologische Organismen bevorzugen einheitlich bestimmte Formen chiraler Moleküle: L-Aminosäuren und D-Kohlenhydrate. Diese Homochiralität bedeutet eine Symmetriebrechung durch die Biosphäre der Erde.

Bei Viren kann die ideale diskrete Ikosaeder-Symmetrie des Kapsids gebrochen sein. In der Gattung Mimivirus geschieht dies durch einen Pol mit einer Sternenstruktur, auch „Stargate“ genannt; dadurch bleibt nur eine Achse erhalten. Ähnlich ist es beim einzigen Spike („Dorn“) der weitläufig verwandten Gattung Chlorovirus sowie bei den langgestreckten Kapsiden von Myoviren und Siphoviren. In der Virologie heißen solche Symmetrien im weiteren Sinn ikosaedrisch; die strenge Ikosaeder-Form wird isometrisch genannt.