粒子物理中的各種對(duì)稱性及其應(yīng)用

江律明

【摘要】在物理學(xué)中，粒子物理屬于重要內(nèi)容，是現(xiàn)代化物理發(fā)展前言的代表。而在物理學(xué)中，對(duì)稱是最為基本的原理，包含對(duì)稱性破壞、廣義守恒兩個(gè)大個(gè)部分。本文從強(qiáng)子、輕自對(duì)稱性的表述入手，對(duì)其強(qiáng)與弱之間的相互作用、質(zhì)量的對(duì)稱性等展開(kāi)分析，并對(duì)應(yīng)用方式進(jìn)行簡(jiǎn)要的闡述。

【關(guān)鍵詞】粒子物理；對(duì)稱性；應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】O572.24 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）32-0288-02

前言

從物理學(xué)方面看來(lái)，宇宙由原子、粒子組成，原子的組成主要是原子核、電子，原子核的組成則為質(zhì)子、中子，核子的組成是膠子、夸克。實(shí)際上，我們認(rèn)識(shí)到的物質(zhì)世界是一個(gè)有多種粒子存在、并相互產(chǎn)生作用的世界。粒子物理主要是對(duì)粒子性質(zhì)、相互作用等展開(kāi)研究的學(xué)科，各中對(duì)稱性是其主要內(nèi)容，通過(guò)對(duì)此展開(kāi)研究，可使我們對(duì)自然界有更為深入的認(rèn)識(shí)。

一、粒子物理各種對(duì)稱性和應(yīng)用分析

1. 強(qiáng)弱相互作用方面的對(duì)稱性

現(xiàn)階段，從世界范圍內(nèi)看來(lái)，被承認(rèn)的相互作用主要有引力、電磁、強(qiáng)弱相互作用幾種，強(qiáng)弱之間相互產(chǎn)生的作用與一些對(duì)稱性、破缺是互相對(duì)應(yīng)的關(guān)系。強(qiáng)弱之間相互產(chǎn)生作用方面的理論產(chǎn)生于1958年，重整化不能實(shí)現(xiàn)，需弱電具備統(tǒng)一性[1]。當(dāng)前進(jìn)行應(yīng)用的強(qiáng)弱相互產(chǎn)生的作用有電荷流對(duì)稱于中性流的問(wèn)題存在，質(zhì)量和壽命如果需對(duì)稱，則需確保弱變道、分支比呈現(xiàn)出統(tǒng)一性，對(duì)于電磁和弱散射，需展開(kāi)統(tǒng)一性處理。量子電力學(xué)便由電磁的散射決定，強(qiáng)弱之間相互的作用有顯著的對(duì)稱性存在，夸克（三代）、有色、輕子（三代）、有色、無(wú)色之間在一定程度上有相似性存在。

從同位旋、若相互作用這兩個(gè)理論特性方面進(jìn)行考慮，可把輕子看作同位旋的二分之一，可SU（2）形成對(duì)稱關(guān)系。這與相互作用類似，不同代之間發(fā)揮作用的量子有差異性，因此可將多個(gè)類型的弱相互作用色子引入。但若對(duì)W-Z進(jìn)行單一使用，則有致使三代產(chǎn)生一致作用的可能性，輕子均有普適性存在，三代輕子、微子在數(shù)量方面有一致性。總的看來(lái)，若強(qiáng)弱之間的相互作用為短程，則其相似而且具有統(tǒng)一性，從形式方面看來(lái)，二者基本一致，只是作用強(qiáng)度方面有差異，這一特點(diǎn)以狹義的泛量子力學(xué)不盡相同。強(qiáng)子、輕子是強(qiáng)弱之間相互作用進(jìn)行對(duì)稱的基礎(chǔ)，若色對(duì)稱于味，則膠子必然會(huì)對(duì)稱于W-Z，這實(shí)際上也是大統(tǒng)一理論實(shí)現(xiàn)的前提條件。如果統(tǒng)一對(duì)強(qiáng)弱之間的相互作用進(jìn)行處理，對(duì)條件進(jìn)行特定后展開(kāi)轉(zhuǎn)化處理，使相互作用對(duì)應(yīng)于SU（3）。若強(qiáng)子的模型和QCD進(jìn)行比較可見(jiàn)破缺，則弱相互作用會(huì)對(duì)應(yīng)于SU（2）。而通過(guò)嵌套處理，可在SU（3）中歸入SU（2），此時(shí)，便可發(fā)現(xiàn)，在相互作用的形式、Feynman圖中，二者始終保持在統(tǒng)一狀態(tài)[2]。一般而言，量子力學(xué)的研究均為Schnodinger方程，電磁的相互作用會(huì)使氫原子的能級(jí)、強(qiáng)弱之間的相互作用受到影響，使其保持形式的一致，但需確保耦合常數(shù)之間有差異存在。對(duì)粒子物理展開(kāi)研究時(shí)，國(guó)內(nèi)的研究者通常會(huì)對(duì)“群”進(jìn)行應(yīng)用，對(duì)各個(gè)種類的相互作用展開(kāi)分類處理，對(duì)其對(duì)稱群進(jìn)行明確，便可對(duì)工作方案展開(kāi)討論。

2. 量子方程中的對(duì)稱性

基于現(xiàn)階段的研究結(jié)果，自旋S、同位旋L有極大相似性，相互和同位旋多重態(tài)對(duì)應(yīng)，且雙方均可進(jìn)行推廣與發(fā)展，二者之間有顯著的量子數(shù)三角形關(guān)系。因此，同位中必定會(huì)有相對(duì)易、反對(duì)易、類統(tǒng)計(jì)性等多個(gè)要素存在，進(jìn)行衍生性的分析，便可發(fā)現(xiàn)超多重態(tài)也有超旋存在，且1、S之間不均守恒性[3]。但在對(duì)推廣的目標(biāo)進(jìn)行定位時(shí)，費(fèi)米子數(shù)、動(dòng)量矩之間會(huì)有守恒這一趨勢(shì)出現(xiàn)。在同位旋方面，若需對(duì)方程進(jìn)行構(gòu)建，可通過(guò)對(duì)波函數(shù)進(jìn)行引入的方法實(shí)現(xiàn)，對(duì)易規(guī)則、不相容這一原理進(jìn)行明確，這實(shí)際上證實(shí)I、S之間存在差異的表現(xiàn)，但若要胸實(shí)際發(fā)展方面?zhèn)z進(jìn)行推廣，還是會(huì)有所差異。拉氏量中有多種場(chǎng)及其各自對(duì)應(yīng)的方程存在，這些場(chǎng)可進(jìn)行相互代入的處理，以得到不同結(jié)果，彼此之間有靴帶關(guān)系這一概念存在。

3. 質(zhì)量與壽命方面的對(duì)稱性

強(qiáng)子質(zhì)量、壽命與強(qiáng)弱之間的相互作用、SU（3）、破缺程度有緊密的聯(lián)系性，拉氏量和方程也有差異存在，但二者依然會(huì)有對(duì)稱方面的特性呈現(xiàn)。拉氏量和方程強(qiáng)相互作用、矢量流守恒之間也有聯(lián)系性。在一定程度上，對(duì)稱性會(huì)受到拉氏量的影響，而產(chǎn)生影響的程度由破缺方式?jīng)Q定，促進(jìn)二級(jí)近似發(fā)生轉(zhuǎn)化，得到微擾方程、高階方程，SU（3）和三色夸克之間則有互相對(duì)應(yīng)的關(guān)系[4]。SU（3）這一理論主要是對(duì)強(qiáng)相互作用的S、I量進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，若相互作用對(duì)應(yīng)于Q、U，因此，在壽命的近似值方面，相同量子基本一致。

若I值有差異，則質(zhì)量會(huì)受影響，而U不同則會(huì)使壽命受影響，在本質(zhì)方面，二者均為破缺。強(qiáng)弱之間的相互作用會(huì)使強(qiáng)子的質(zhì)量、壽命受到影響，基于雙方相互對(duì)稱，耦合常數(shù)也有差異存在。究其原因，主要要素均可在SU（3）中集中，但與第四維，以上兩種要素均可相互對(duì)應(yīng)，如果把其當(dāng)成狹義方面的相對(duì)論，則可對(duì)稱四維，若情況允許，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)稱于第五維。若對(duì)稱不能實(shí)現(xiàn)，電子半徑較小且穩(wěn)定，其中內(nèi)部結(jié)構(gòu)處于完善狀態(tài)，則可對(duì)其是否有更大的相互作用存在進(jìn)行判定，在引力、強(qiáng)相互作用方面，此聯(lián)系基本統(tǒng)一。粒子和黑洞有相似性，在此方面，電子有顯著特點(diǎn)。千字的質(zhì)量均可經(jīng)JP=（1/2）這一重子質(zhì)量公式進(jìn)行計(jì)算，也可簡(jiǎn)化處理此公式，以促進(jìn)其運(yùn)行效率的提升。簡(jiǎn)化處理公式后，將其推廣至共振態(tài)，從橫向的規(guī)律推廣處理到縱向的規(guī)律，可經(jīng)Moise逐漸展開(kāi)化簡(jiǎn)，得出對(duì)粒子質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算的公式，隨后再對(duì)此公式進(jìn)行推廣，便可應(yīng)用在強(qiáng)子中。

二、對(duì)稱性破缺分析

從理論方面而言，對(duì)稱性較為“優(yōu)美”，但從實(shí)際的自然界中看來(lái)，在多方面因素影響之下，對(duì)稱性會(huì)有破缺產(chǎn)生。經(jīng)學(xué)者們的多年探索與研究，開(kāi)創(chuàng)了粒子物理中對(duì)稱不守恒、對(duì)稱性破缺等新的理論和研究方向。從數(shù)學(xué)方面看來(lái)，突變類似于相變，通過(guò)此種方式，能夠使自發(fā)性的破缺產(chǎn)生，反之進(jìn)行處理，則可得到對(duì)稱性的破缺，若對(duì)稱性的破缺產(chǎn)生，則可把其當(dāng)成相變。弱相互作用的對(duì)稱性破缺有PCAC存在，依據(jù)此類似性展開(kāi)分析，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)有I=1/2SCB=1這一粒子存在。其中有較多的CP不守恒粒子存在，此模式是現(xiàn)階段學(xué)術(shù)界廣泛認(rèn)可并進(jìn)行應(yīng)用的模式。在非Abe規(guī)范理論中，對(duì)于對(duì)稱性，對(duì)較為嚴(yán)格的規(guī)范條例進(jìn)行了制定，規(guī)范場(chǎng)沒(méi)有質(zhì)量，若有質(zhì)量，則表示定域中的對(duì)稱性已經(jīng)被破壞，若Higgs被破壞，則質(zhì)量也會(huì)隨之被破壞。高低能的對(duì)稱性、破缺、PEP發(fā)生破缺時(shí)在統(tǒng)計(jì)性方面處于統(tǒng)一狀態(tài)，對(duì)質(zhì)量譜、低能GMO公式、精確質(zhì)量公式進(jìn)行修改，可得到S=aJ+b、音節(jié)公式，可與高能相互配合，使Hagedoin質(zhì)量譜構(gòu)成。

三、結(jié)語(yǔ)

本文從破缺和量子方程、質(zhì)量和壽命、強(qiáng)弱相互作用幾個(gè)方面對(duì)稱性入手進(jìn)行分析，對(duì)粒子物理中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題、處理方式進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。粒子物理是現(xiàn)階段發(fā)展較為迅速的學(xué)科，研究的微觀世界物質(zhì)結(jié)構(gòu)較、性質(zhì)等規(guī)范較原子核層次更為深入，其研究依托于量子場(chǎng)論，對(duì)廣泛的物理現(xiàn)象經(jīng)常應(yīng)（下轉(zhuǎn)294頁(yè)）（上接288頁(yè)）用。

參考文獻(xiàn)

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