楊公尺爾斯規範場到底有多歷害?

時間 2021-05-31 13:23:33

1樓:

從某種程度上來說,其完成了無質量粒子的量子場論。只從這點來看,他都是量子場論的半壁江山。

從量子力學我們已知單粒子態的分類。然後從單粒子態,在想要構造其(自由)量子場時,與有質量粒子的情況不同,無質量粒子的產生湮滅算符不能用來構造全部的不可約場。取巧地,若我們想直接從有質量粒子的場通過取 m -> 0 得到無質量粒子場時,會發現這個極限一般會出問題。

比方說,有質量向量自旋1-粒子,自旋分量有三個 -1,0,1,但helicity為1無質量粒子只有兩個分量-1,+1. 取m->0的極限通常會導致有質量粒子的乙個分量趨向無窮。

若我們裝模做樣地按照向量場的樣子先用helicity為1的無質量粒子的產生湮滅算符構造乙個場,首先你會發現它滿足除運動方程外的其他一些方程(即規範固定條件,但這依賴於你怎麼構造極化向量),同時在會發現在一般的Lorentz變換下,這不是乙個向量場,而是會多出一項,這種變換就是「規範變換」。所以,欲使整個理論在規範變化下不變,這個場必須和乙個流耦合,並且要求這個流有一定的守恆性。

值得一提的是,我們可以用helicity為1的無質量粒子的產生湮滅算符去構造乙個真正的張量場,但如果只通過這個張量場來構造相互作用,這個相互作用會隨距離衰減地更快。

從abel到非abel的規範理論是非常直接的推廣。但這個理論一開始面臨如下困局,雖然其有很漂亮的幾何刻畫,諸如理解成乙個connection,但似乎只能描述無質量玻色子。這使得YM理論並不能直接用到弱相互作用上。

直到對真空的深入理解、自發對稱性破缺的發現和在此基礎上發現的Higgs機制,才真的把YM理論的故事講得比較完整,同時在YM理論的語境下人們寫出了標準模型。這是非常偉大的成就。此外,YM理論還有非常多的未解之謎,比方說在R^4上,規範群只取作緊單Lie群,是否存在一種YM理論不存在任意輕的態?

或者物理些,為什麼我們發現了引力的經典解黑洞,而比如SU(N)規範場的經典解卻沒被發現?

2樓:一邊學術一邊藝術

這個太厲害統一了電磁力強力弱力三力最後發展到標準模型,也奠定了對稱性--> 規範不變 -->物理定律/方程 --> 實驗驗證 --> 應用的思路 ~~ 此後的理論弦理論(為了統一重力和其他3力) 等都是實驗沒法證實的。

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