當前位置:首頁>科技>電弱理論與對稱性破缺
發布時間:2025-10-27閱讀(1)
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電弱理論的發展可以追溯到1960年代,當時科學家懷疑弱力和電磁力是相關的。最重要的是,他們還在尋找一種方法來解釋力載體W-、W 和Z玻色子如何在不破壞一切的情況下獲得大質量。這導致了一個具有4個無質量電弱玻色子的理論,稱為 W1、W2、W3和B玻色子。 你可能會認為W1、W2和W3玻色子變成弱力玻色子,然后B玻色子在對稱性破缺后變成光子。但實際比這更復雜,實際發生的是W1和W2玻色子混合形成帶電的W-和W 玻色子,同樣 W3和B玻色子混合形成Z玻色子和光子。 希格斯勢在能量高于160GeV時,希格斯勢就像一條拋物線,但在低于160GeV的能量的較冷溫度下,這種勢變為著名的“墨西哥帽勢”。任何物理系統都希望最小化能量,因此希格斯場會下降到墨西哥帽勢的最小值。 在繼續展示質量如何出現之前,讓我們從對稱群的角度談談對稱破缺。參與電磁力的群稱為U(1),這個群有一個所謂的生成器。這里重要的是生成器等于玻色子,因此一個生成器意味著一個玻色子。這就是為什么電磁力只有一個玻色子,即光子。參與弱力的群稱為SU(2),它有3個生成器,這意味著我們有3個玻色子與這種力相關聯。要創建電弱理論,我們顯然必須將這兩個群結合起來形成一個組合理論,因此電弱理論的群是SU(2)xU(1)。 現在讓我們看看這種情況下的數學。電弱理論的拉格朗日量有很多項,但有一個項可以說明這種對稱性破缺是如何工作的。該項是這樣寫的:
這里我們只關注最后兩項。我們首先使用稱為B_μ的U(1)規范場,它為我們提供了電弱理論的B玻色子,該場的耦合常數為g'。在最后一項中,我們有3個W玻色子,因為指標i代表1、2、3,這些玻色子的耦合常數是g。σ_i是SU(2) 群的3個生成器,它們都被對稱性破缺所破壞。 然后我們把它代入剛才的拉格朗日量,做了很多數學運算后可以得到了很多項。正如我們之前討論過的,W-和W 玻色子來自W1和W2玻色子。如果這些玻色子具有相同的質量,但電荷相反,那么我們只關心得到的兩項:
我們可以明確地看到質量取決于真空期望值v和耦合常數g。Z玻色子也發生了類似的事情,但由于它的混合,需要做更多的工作來計算質量項。但這說明了我們如何從拉格朗日得到質量項。 |
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