希格斯玻色子到底是什麼?

時間 2021-05-06 20:09:35

1樓:Xyan Xcllet

更準確的說應該是:希格斯機制(Higgs mechanism)

假設簡單的描述了 electromagnetism 的阿貝爾 規範場論。

Higgs mechanism 的基石是對於乙個新的(量子)場的假設,希格斯場的非零真空期望值(non-zero vacuum expectation value)破壞了 Lagrangian 的 規範對稱性。該特性在拉格朗日函式中實現,與全域性對稱性破缺的情況類似。同時場的質量項有乙個負引數 因此會存在 tachyonic 效應。

滿足 規範對稱性的 理論的 Lagrangian 擁有形式

在 Higgs mechanism 內作為希格斯場以及有 而為了分析 perturbation expansion 情況下的理論,就像在全域性情況下一樣,必須圍繞乙個對基態周圍的微擾(perturbations)較小的變數場(variable field)展開。因此,該場再次被寫成極座標分解的形式,類似於全域性對稱的情況: 其中 而 為實標量場。

將其代入拉格朗日方程 得到:

其中 項顯示了標量場 擁有質量效應:與希格斯場常量部分的相互作用。希格斯場的乙個組成部分:

根據項 獲得質量效應。其他部分如 似乎是乙個無質量的 Goldstone mode(在全域性情況下)。而 不是乙個具體的物理粒子:

它是乙個自由選擇 gauge 的函式。而自由選擇乙個 gauge 的情況可以用來設定乙個 使得有 . 這種 gauge 的選擇稱為「unitary gauge」。

而 定義了乙個 gauge,而這可以通過乙個滿足 的度規變換(gauge transformation)來實現:

當 gauge 固定時,gauge 對稱性從 Lagrangian 中去除。其場不再具有在 gauge transformation下進行轉換的自由,因為表示式 是固定的。在這個 gauge 中 Lagrangian 是這樣的:

其 Lagrangian 清楚地表明存在乙個擁有質量的規範場而希格斯場擁有乙個 massive component。在這個理論中沒有無質量粒子,而場 從拉格朗日方程中完全消失。將希格斯玻色子機制的結果與全域性情況進行比較,很難相信兩者都是由類似的機制產生的。

對於規範對稱性,不是最終得到乙個無質量的 Goldstone 玻色子,而是乙個擁有質量效應的規範場。

2樓:tao dao

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