higgs机制_higgs互联网招聘_higgs粒子(4)

与其他基本物理理论一样，规范场理论也是基于物理规律的不变性（搞物理的人也喜欢用对称性这个词），就是物理规律应该在某种变换下保持不变。如上所述，不变性原理推出了相对论以及动量量守恒等基本规律。当杨振宁把这种不变性扩展到基本粒子的量子理论，他惊人地发现，要使理论保持不变，就必须存在对应的相互作用。这就是所谓规范场。

具体来说，杨振宁发现，如果有两种粒子，那么它们之间的变化可以用一个2x2的复数矩阵描述，如果物理规律要在这种类型的局域变换下保持一致，则不能光有这两个粒子，还必须加一个相互作用。换言之，从本来没有考虑相互作用的自由粒子方程开始，一旦考虑规范不变原理，我们就必须要求粒子之间有相互作用，而且这个规范不变原理还告诉你相互作用应该是怎样的。读者如果没有理解这个原理的深刻以及其意义，应该认真思考一下。

杨振宁的2x2矩阵方程导致的理论称为SU(2)规范场。我们今天已经知道，夸克之间的强相互作用是一种SU（3）的、精确的杨-米尔斯规范场（SU（3）也就是对应3x3的复数矩阵）。这个3，代表了一类夸克的三种颜色。强相互作用由夸克之间交换质量为0的所谓胶子（GLUON）完成。强相互作用（太阳内氦的聚变发热就是涉及强相互作用）的理论是杨振宁理论的简单与直接推广。

电磁力是由光子传递的，光子的零质量是电磁力距离无穷的原因。当时，人们认为，粒子之间的弱作用与强作用都是短程的，也就意味着其相互作用应该是由有质量的粒子传递（注）。但在杨振宁理论中，规范场粒子不能有质量---因为如果规范场有质量，物理方程就不能保持规范不变了。因此杨振宁论文刚刚问世的时候，其新颖的理论不为人所接受。特别是他遭到老一辈物理学家如Pauli等人的刁难式疑问。据传，在杨振宁之前，Pauli尝试了一种六维空间的爱因斯坦方程，但没有得到什么结果。而杨振宁的理论则无疑是一种现代的、深刻的革命性思维。

但科学发展的车轮是滚滚向前，不可阻挡的。无数物理学家前仆后继，开辟了人类从蒙昧走向文明的道路。规范场的质量产生问题的解决方案从似乎不相干的超导体理论得到了启发。

超导体大家都应该听说过的。如果你去医院做核磁共振检查，那台机器的核心部分就是一个超导体做的电磁铁。超导现象的第一个特征是没有电阻，一旦电流形成，可以永久的保持。但超导体还有一个更为基本的特征，那就是它完全排斥磁场----磁场不能从超导体中间通过。如果你去网上搜索，有很多这种超导演示的视频---一块超导体悬浮在半空之中（实际是在一块磁铁上空）。从理论物理的角度，这个现象意味着超导体内，光子获得了质量。对于这个质量的解释，苏联物理学家朗道提出了所谓朗道-金兹堡模型，在电子的电磁量子方程里凭空加了一项。这一项如果画一个图，像一个墨西哥帽子，中间突出，环绕着一圈低谷。与很多物理理论一样，这种模型的微观原理最初都没有解释，而是一种纯粹的灵感。但这个理论与实验得到了极好的吻合。基于基本原理的超导的微观理论的发现是在若干年之后，由所谓BCS理论完成。

有鉴于朗道-金兹堡模型成功地给零质量光子提供了质量（而且维持局域规范不变），固体物理学家安德森建议粒子物理学家们尝试类似的方案，也就是几乎空穴来风一般地在YANG-MILLS方程里加一个新的场。加入这个新的场之后，原本没有质量的规范场获得了质量，而规范场维持了其局域的规范不变。首先写出这个方程的人是Higgs。但他的论文寄出去被拒绝了，只好做了些修改之后再发给其他刊物。这是1964年的事情，也就是杨振宁论文发表后十年。

很多人在提到HIGGS机制的时候，喜欢使用对称自发破缺的说法，其实这是一个用词的谬误。实际上，HIGGS机制恰恰维持了YANG-MILLS规范场的局域不变性(localgauge invariance)。也就是说，规范不变才是王道。

数年之后，温伯格等人把YANG-MILLS场与Higgs理论综合起来，用SU(2)xU(1)的规范场加上HIGGS场，成功构造了弱电统一理论。二这个理论有很快得到了实验的验证，观测到了传播弱作用的三种规范波色子（W、Z规范波色子）。

Higgs粒子如果最终被证实，我们都应该庆祝。人类自古自问的一个问题，我们来自哪里，在标准模型-----也就是SU(2)xU(1)的弱电统一理论加上SU（3）的量子色动力学-----再一次得到实验证实之际，有了更为可靠的答案。2000年以前，人类还在迷信雷公电母、天狗吃日。今天，我们凭着自己的理性，掌握了自然界深层的机密。

但显然，标准模型不是终极真理，如同朗道模型一样，Higgs场背后必然有着更深刻的基本原理。

一旦我们进一步突破，或许我们的知识使我们能够构造一个全新的宇宙---也就是成为上帝。higgs机制

----------------岳东晓 2012-07-05 于加州

注：我们现在知道，虽然gluon质量为零，但是由于规范场的非线性，导致所谓夸克囚禁。