Symmetriebruch

Ein Symmetriebruch ist ein Phasenübergang von einer Phase höherer Symmetrie in eine Phase geringerer Symmetrie.

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Besondere Bedeutung hat der Begriff in der Kosmologie, da ein Symmetriebruch bei der Entstehung des Universums die Voraussetzung für die Existenz der sichtbaren Materie ist.

Ein symmetrisches Universum sähe überall (Translationssymmetrie) und in jede Richtung (Rotationssymmetrie) gleich aus, wäre also völlig homogen und hätte keinerlei Strukturen. Dies ist aber im Universum nicht der Fall. Nach dem Urknall wurden aus Photonen (Strahlung) Paare von Teilchen und Antiteilchen erzeugt, die sich ihrerseits durch gegenseitige Vernichtung wieder in Photonen unwandelten. Es entstand ein Gleichgewicht zwischen Strahlung und Materie.

Sobald die Temperatur des Universums durch seine Expansion unter den Schwellenwert für die Erzeugung einer Teilchenart gefallen war, konnten diese Teilchen und Antiteilchen nicht mehr erzeugt werden. Wenn das Universum symmetrisch wäre, dann hätten zu diesem Zeitpunkt die gleiche Anzahl an Teilchen und Antiteilchen existiert, die sich gegenseitig vollständig vernichtet hätten.

Da das Universum auf unter 3 Kelvin (Hintergrundstrahlung) abgekühlt ist, dürfte die sichtbare Materie, also Protonen, Neutronen und Elektronen und somit Galaxien, Planeten, Menschen, etc. nicht existieren. Die Existenz dieser Materie ist die Folge eines Symmetriebruchs, der Baryonenasymmetrie, d.h. auf über eine Milliarde Teilchen gab es jeweils ein Antiteilchen weniger, sodass bei der gegenseitigen Vernichtung jeweils ein Teilchen übrig blieb.