Bosón de Goldstone (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Bosón de Goldstone

Un bosón de Goldstone es un modo colectivo sin masa ($m = 0$) que emerge cuando una simetría global continua es rota espontáneamente por el estado fundamental de un sistema.

Matemáticamente:

• Si un grupo de simetría continuo $G$ se rompe espontáneamente a un subgrupo $H$,

• entonces aparecen $\dim(G) - \dim(H)$ bosones de Goldstone.

Ejemplo conceptual:

Si un campo escalar tiene un potencial en forma de “sombrero mexicano”, el sistema posee simetría rotacional continua. Pero cuando el campo escoge un valor concreto en el mínimo:

• la simetría del estado se rompe,
• aparecen excitaciones sin masa a lo largo de las direcciones del valle del potencial,
• esas excitaciones son los bosones de Goldstone.

Propiedades del bosón de Goldstone (tabla formal):

Bosones de Goldstone en distintos contextos:

En teorías con simetrías globales

El teorema de Goldstone se cumple estrictamente:

•  surgen bosones sin masa.

Ejemplo:

• Fonones en sólidos.
• Magnones en materiales magnéticos.
• Los piones como bosones de Goldstone aproximados de la simetría quiral rota (QCD).

En teorías gauge (como el Modelo Estándar)

Si la simetría rota es local, los bosones de Goldstone no son físicos:
se “comen” por los campos gauge, otorgándoles masa (mecanismo de Higgs).

En el Modelo Estándar:

• 3 bosones de Goldstone del doblete de Higgs se convierten en las componentes longitudinales de $W^+$, $W^-$ y $Z$