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弯曲的旅行 · 第三十二节

《弯曲的旅行》第三十二节

当对称不完美时称为对称破缺,物理学家认为它比绝对对称更有趣;泰姬陵原计划建对称的对面陵墓而后放弃,蒙娜丽莎的微笑若对称便失去效果。

当对称不完美时称为对称破缺,物理学家认为它比绝对对称更有趣;泰姬陵原计划建对称的对面陵墓而后放弃,蒙娜丽莎的微笑若对称便失去效果。理论需在崇尚对称与不对称的现实世界间建立联系,希格斯机制正是这样一种优雅观点:苏格兰物理学家彼得·希格斯提出它,使标准模型的夸克、轻子和弱规范玻色子获得质量;没有它粒子无法有质量,而有质量又会在高能区给出不合理预言。希格斯机制让粒子既获得质量,又在高能下表现得像无质量,解决了高能问题,还带来关于电磁场的新见解,并为理解额外维度模型打下基础。

描述希格斯机制前先看自发对称破缺:物理定律保持对称而现实事物的排列不保持。例子包括圆桌上人人面前两个杯子,有人因口渴先拿左边,众人便都用左边;铅笔立于圆心具旋转对称,但必然倒向某一方向;无限长的墙处处相同,实际的墙却有边界,近看对称、远看破缺;空空间本有旋转和平移对称,但其中的恒星、太阳系占据特定位置和方向,破缺了潜在对称而定律中的对称仍清晰。

弱力也存在自发对称破缺。弱力只在约一亿亿分之一厘米内起作用,量子场论(结合量子力学与狭义相对论)表明短程力的传递粒子必须有质量,质量越小作用越远,故传递弱力的规范玻色子质量非零。但最初只适用于无质量规范玻色子的力的理论,在有质量时会预言高能下相互作用超过100%,且非零质量破坏内部对称——力的理论的关键。无质量规范玻色子只有两种垂直极化(因始终以光速运动、无法静止),有质量的则可静止、三个方向等价,故有三种极化,第三种为纵向极化,已被实验证实。要避免有质量规范玻色子的高能错误预言,唯一办法是通过希格斯机制使弱力对称自发破缺。

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