SYMETRIE (BRISURE SPONTANEE DE)

Situation d'un système physique qui se trouve dans un état de moindre symétrie que celle qui caractérise ses équations fondamentales de mouvement. Cela signifie que 310 l'on considère une solution de ces équations ayant une symétrie plus faible que les équations elles mêmes. Une solution qui ne réalise pas en quelque sorte toutes les possibilités des équations. Il y'a là violation du principe de Curie sur le rapport entre la symétrie des causes et la symétrie des effets. La brisure spontanée de symétrie se produit lorsque l'état où la symétrie totale est respectée n'est pas un état d'énergie minimale et où il existe une série d'états d'énergie plus basse (la même pour tous), mais où chacun de ces états ne présente plus individuellement la symétrie totale. Celle ci n'apparaît que pour l'ensemble des états inférieurs, entre lesquels le système peut "passer" par transformation de symétrie. Un exemple concret d'état de la matière possédant une brisure spontanée de symétrie est l'état solide cristallin. Un cristal n'est en effet invariant que sous l'action d'un groupe de symétrie discret comprenant des translations discrètes, des réflexions et des rotations de 60°, 90°, 120°, 180° autour de plan ou d'axes particuliers, alors que l'équation de Schrödinger qui décrit le mouvement des électrons et des noyaux qui constituent ce cristal est invariante sous n'importe quelle translation, rotation ou réflexion. Les phénomènes de condensation impliquent une brisure spontannée de symétrie tout comme la cristallisation. C'est le cas par exemple de la condensation de Bose- Einstein. Les brisures de symétrie accompagnent les bifurcations et les transitions de phase. On connaît de très nombreux exemples de brisure spontanée de symétrie et chacun d'eux constitue un phénomène physique remarquable: le ferromagnétisme, la superfluidité, la supraconductivité. En embryologie la nature réussit à briser la symétrie sphérique initiale de l'embryon, pour produire des animaux ayant deux axes bien distincts un axe antéropostérieur et un axe dorso-ventral. En théorie quantique des champs le mécanisme de la brisure spontanée de symétrie concerne l'état du vide de champs de jauge et permet l'apparition d'un faux vide dont les quanta sont porteurs de masse. C'est ce mécanisme qui a permis de formuler une théorie unitaire des interactions faible et électromagnétique. Le mécanisme de brisure spontanée de symétrie en théorie quantique des champs a été introduit en 1960 par Nambu en s'inspirant de la théorie de la supraconductivité. Ce sont des brisures spontanées de symétrie qui font que la matière domine sur l'antimatière dans l'univers, ou que la nature a choisi pour certaines molécules comme les acides aminés ou les sucres certaines formes privilégiées de chiralité La symétrie est la propriété qui rassemble les contraires, de façon relativement peu stable, alors que la brisure de symétrie les oppose et produit une nouvelle stabilité. Dans certaines circonstances la symétrie s'avère instable et la brisure de symétrie rétablit la stabilité. Une grande partie de la structure du monde à la fois social et physique est une conséquence de la nécessité de briser les symétries présentes dans l'espace des possibles. L'utilisation de la brisure spontanée de symétrie dans les théories fondamentales de la matière a eu des conséquences essentielles non seulement sur les lois de la nature mais aussi sur la question plus globale de ce qu'est la nature. Avant cette époque on croyait que les caractéristiques des particules élémentaires étaient déterminées par des lois éternelles et immuables. Avec la théorie de la brisure de symétrie les caractéristiques des particules élémentaires dépendent en partie de l'histoire et de l'environnement. La symétrie peut être brisée en fonction de conditions comme la densité ou la température. 311 La brisure spontanée de symétrie est au coeur de l'explication contemporaine de l'apparition dynamique des formes.