对称性破缺能量学中的普适特征

对称性破缺涉及系统可探索微观状态集的突变。这种变化具有不可避免的热力学含义。根据玻尔兹曼对熵的微观解释，相容状态集的缩小意味着熵的减少，这最终需要通过热量耗散来补偿，因此需要做功。例子包括气体的压缩和信息的擦除。另一方面，在自发对称性破缺中，可用相空间体积的变化不需要做功，产生表观的熵减。在此我们表明，这种熵减是 Szilard 引擎和 Landauer 原理的关键要素，并报告了在布朗粒子中沿对称性破缺转变对熵变的直接测量。该对称性破缺是由两个光阱产生的双稳态势诱导的。实验证实了基于涨落定理的理论结果，使我们能够再现从单一热浴中提取能量的 Szilard 引擎，并表明对称性破缺在能量学中的特征是可测量的，为检测例如大分子中亚稳态的共存提供了新方法。