走进不科学 第1259章

　　根据数学定义。

　　某个概念只要是一种场论，那么它的拉格朗日量在某些类型的群的变换下是不变的。

　　因此如果把规范对称和自发破缺相结合……

　　那么规范场的纵向自由度或者横向自由度，就可能出现某些变化……

　　想着想着。

　　赵忠尧便再次拿起了笔。

　　这一次，他准备从最简单的一个场开始推导。

　　也就是……

　　SU（1）的电磁场。

　　与之前一样。

　　赵忠尧先写下了一个拉格朗日量，这是几乎所有粒子物理推导过程中标准的第一步：

　　L=1／2（aΦ）^2－m^2Φ^2－mλΦ3－λ4Φ4＋m24λ。

　　接着考虑有两个分量的标量场：

　　Φ=[Φ1／Φ2]。

　　于是乎。

　　拉格朗日量就变成了L=1／2（aΦ）^2＋1／2m^2Φ2－λ4（Φ2）^2——这样的势看起来就和之前提到的铜火锅一样了。

　　又因为O（2）与U（1）是局域同构，所以U（1）对称性也是连续对称性。

　　“接着令Φ=12（Φ1＋iΦ2），则有ΦfΦ=12（Φ12＋Φ22），拉格朗日量变为：（6）L=aΦfaΦ＋m2ΦfΦ－λ（ΦfΦ）2，它在U（1）变换Φ→eiαΦ下不变，因此具有连续的U（1）对称性……”

　　“在通过极坐标的方式把Φ分成Φ=ρeiθ.拉格朗日量为L=（aρ）2＋ρ2（aθ）2＋m2ρ2－λρ4，真空期望是ρ=ν=m22λ，θ=0……做变换ρ→χ＋ν……”

　　“拉格朗日量变成L=[（aχ）2－2m2χ2－4mλ2χ3－λχ4]＋m22λ（aθ）2＋（χ2＋m2λχ）（aθ）2……”

　　“其中第一个部分是χ的动能项、质量项、自耦合，第三个部分是两个场的相互作用。”

　　“而第二项只是θ的动能项，没有质量，因此它是U（1）对称性自发破缺产生的无质量玻色子……”

　　“那么下一步就是考虑一个本来没有质量的矢量玻色子，它的拉格朗日量L=－14FμνFμν……”

　　“将其与上面的标量场Φ耦合，把普通导数aμ换成协变导数Dμ=aμ－iqAμ，其中Aμ是原本无质量矢量玻色子的规范势……”

　　“再然后如此如此……这般这般……”

　　看着在纸上飞快书写的赵忠尧，一旁徐云的脸色却有点呆滞。

　　天可怜见。

　　这次他的想法，只是准备让赵忠尧他们发现戈德斯通定理罢了……

　　结果没想到。

　　赵忠尧他们见徐云一脚踹历史踹的不够狠，愣是揪着徐云的衣领把他往后一丢，自己上去踹了脚重的。

　　这下乐子可就大了呀……

　　甚至某种意义上来说，这一jio要比暗物质还要离谱。

　　早先提及过。

　　在粒子物理的早期有一个模型，叫做南部模型。

　　它的提出者是霓虹人南部阳一郎，此人活着的时候算是在世物理学家top1的有力竞争者之一。

　　虽然客观来说要落后杨老温伯格他们半个身位，但其能力由此也可见一斑了。

　　就像华夏人对杨老有加持一样，很多霓虹人也坚信南部阳一郎活着的时候可以在当世排名第一。

　　当然了。

　　黑南部阳一郎的人也不少，这方面哪个国家都一样。

　　在如今这个时期。

　　自发对称性破缺这个概念大火于超导领域，南部阳一郎则在今年年末率先将它引入了粒子物理中，这使得他发现了强相互作用中的对称性自发破缺现象——准确来说是手征对称性自发破缺。

　　与此同时呢。

　　英国的杰弗里·戈德斯通在一年之后对稳态解之间可以由U（1）相位变换联系进行了研究，提出了无质量的戈德斯通模。

　　最终二者互相结合，便推导出了南部－戈德斯通定理。

　　南部－戈德斯通定理的内容很简单，就是连续对称性被自发破缺后必存在零质量玻色粒子。

　　此粒子被称为戈德斯通玻色子，例如汤川秀树的π介子就是对应着近似手征对称性破缺的戈德斯通玻色子。

　　但南部－戈德斯通定理存在一个很致命问题，那就是……

　　规范粒子的质量是为对称性所不允许出现的性质。

　　因为在自发对称破缺＋南部－戈德斯通定理中，规范场还是存在的。

　　这也意味着局域规范对称性是保持的——不同的规范可以通过一个李群变换联系起来。

　　只是拉格朗日量整体的规范对称性由于场在真空的期望非0（赵忠尧计算的第二句话），以及量子场论不选取简并态的线性叠加作为基态，从而导致拉氏密度的规范对称性在选取特定基态之后破缺……也就是在基态周围做微扰得到的新拉氏密度不具有整体规范对称性。

　　但是由于局域规范对称性，规范场依然存在。

　　再举个例子。

　　最近很火的室温超导。

　　超导体正是因为玻色凝聚导致的U1破缺，会使得光子的麦克斯韦方程发生变化，从而表现出迈斯纳效应。

　　当然了。

　　南部－戈德斯通定理虽然有问题，但对于兔子们来说却很适合入门。

　　按照徐云的打算。

　　在了解了南部－戈德斯通定理一定时间后……大概两年左右吧，兔子们就会破解它的弊端所在，从而接触一个进阶版的概念：

　　希格斯机制。

　　没错。

　　希格斯机制。

　　这个赫赫有名的物理学框架，正是对南部－戈德斯通定理优化而成的。

　　希格斯机制的具体推导过程就不说了，再介绍下来很多人估摸着都得长脑子，直接解释它的物理意义吧：

　　在标准模型中。

　　除了弱相互作用的三种规范玻色子、以及除了中微子以外的其他基本费米子，全都是通过希格斯机制被直接赋予的质量。

　　同时W，Z规范波色子如果直接写出质量项，会违反规范对称，所以它们也需要希格斯机制才能成立。

　　如果说基本粒子是人类，那么希格斯机制就是衣物。

　　诚然。

　　对于原始社会来说穿不穿衣服无所谓，但在现代社会层面……所有人不穿衣服会是啥样？

　　刺激是刺激了，但社会秩序和正常生产生活肯定是别想了。

　　希格斯机制的重要性可见一斑。

　　只是在原本历史中，希格斯机制的发展过程非常复杂，甚至可以说有些磕磕绊绊。

　　当时戈德斯通定理在62年被提出后遭到了很大的争议，甚至还遭遇过死亡威胁。

　　因为理论上来说零质量粒子案例跟重质量粒子案例不同，零质量粒子很容易制成，或者可从缺失能量或动量推测其存在。

　　但当时的物理学界找不到任何零质量粒子案例，所以这个理论还遭到了后来诺贝尔化学奖得主沃特·吉尔伯特的反对。

　　接着在五年之后。

　　希格斯提出了希格斯模型。

　　他表示将局部规范不变性理论与自发对称性破缺的概念以某种特别方式连结在一起，则规范玻色子必然会获得质量。

　　再过一年。

　　温伯格与阿卜杜勒·萨拉姆各自独立地应用希格斯机制来打破电弱对称性，并且认为希格斯机制可以并入格拉肖的电弱理论。

　　奈何关于规范对称性的自发性破缺的这些划时代论文，最初并没有得到学术界的重视。

　　因为大多数物理学者都认为非阿贝尔规范理论是个死胡同，无法被重整化。

　　这个情况要一直持续到十年之后，杰拉德·特·胡夫特（就是当初暗物质发布会上出现的那个小老头儿）发表了两篇论文才会出现转机：

　　他证明了杨－米尔斯理论可以被重整化，不论是对于零质量规范玻色子，还是对于带质量规范玻色子都是如此。

　　从那以后物理学者开始接受这些理论，正式将这些理论纳入主流。

　　所以为啥说特·胡夫特间接成就了温伯格，温伯格间接成就了杨老，原因就在这里。

　　至于可以完全证明希格斯机制的粒子……也就是目前唯一一颗标量玻色子，则要到2012年才会被真正发现。

　　而且这玩意儿的质量是125GeV，需要的对撞能力在300GeV甚至更高，你哪怕再欧皇也不可能用80MeV的设备撞出来。

　　因此徐云对于希格斯机制一直处于一种半纠结的状态，毕竟目前的历史已经被他塞的有点满了……

　　在他想来。

　　如果兔子们能够晚个三四年甚至五六年再想到希格斯机制，或许还会更好一点儿。

　　毕竟那时候中子弹能不能爆徐云没把握，但原子弹和氢弹肯定都已经爆炸成功了，各种设备负载应该会较轻松一点儿。

　　虽然这样做的代价多半是这部分的国际话语权会丢失，还会错过两个左右的奖项。

　　但层子模型……也就是夸克能给兔子们带来最少44种粒子的定义权，让出个希格斯机制倒也可以接受。

　　奈何没想到赵忠尧却表示能接受个蛋啊，老子全都要！

　　只能说现实比徐云想象的还是要大胆的多了……

　　只是这样一来。

　　兔子们肯定要在加速器上投入不少功夫。

　　以目前国内的状况来说，有个情况肯定是又得徐云出手优化才行。