基本介紹
- 中文名：黑格斯機制
- 外文名：Higgs mechanism
- 特徵：用粒子場實現規範對稱性自發破缺
簡介,套用,黑格斯場,黑格斯粒子,理論詮釋,
簡介
黑格斯機制實現對稱性自發破缺的性質與假想的無限大的鐵磁體破壞空間的各向同性很相似。無限大鐵磁體的穩定狀態是，其中所有磁疇的磁矩平行排列，形成均勻磁場。本來不論是無限大鐵磁體還是它所占據的空間，對空間方向都沒有任何偏好，即都是各向同性的。但均勻磁場總會取某一個方向，使這個方向變得特殊起來，即破壞了空間的各向同性。這個例子中均勻磁場的偶然取向，使空間原有的三維轉動對稱性自發破缺，降低到二維轉動對稱性，即以磁場方向為軸轉動的對稱性，垂直於磁場的所有方向仍然是平權的。黑格斯機制的情形，鐵磁體由標量粒子場來代替，原有的三維轉動對稱性，由假設的統一規範對稱性來代替；而保留的二維轉動對稱性，則由剩餘的規範對稱性來代替。規範對稱性的特點是，對應於每一個規範對稱性，有一個零質量的自旋為1的粒子，叫作規範粒子。當黑格斯機制使規範對稱性破缺時，就使黑格斯粒子的種類減少一個。與此同時，相應於被破缺的規範對稱性的自旋為1的粒子，從無質量的變為有質量的，而其獨立分量的數目由2增加到3，增加的一個分量來自減少的黑格斯粒子分量。重的規範粒子傳遞的作用力程短，輕的規範粒子傳遞的作用力程長，對稱性自發破缺前性質相似的規範粒子，在對稱性自發破缺以後，有的保持零質量，有的獲得質量；它們傳遞的相互作用，就帶上了極不相同的性質。這樣黑格斯機制就為在一個簡單的規範理論的基礎上，統一諸多性質各異的相互作用提供了可能。
套用
S.格拉肖、S.溫伯格、薩拉姆的電弱統一理論是套用黑格斯機制的一個成功的例子。黑格斯機制是一切統一弱相互作用、電磁相互作用和強相互作用的大統一理論中必不可少的部分。
在規範理論中引入黑格斯機制時，會隨之出現一些不能用規範理論原則來規定其大小的耦合常數。這些同黑格斯粒子有關的耦合常數是理論中無法確定的。為了避免這種不確定性，一部分物理學家受到超導中庫珀對（見超導微觀理論）的啟發，認為對稱性自發破缺（見真空）是費米子凝聚的結果。這種不要黑格斯粒子的機制稱為動力學自發破缺。由於這個理論的非線性和不可重正化性，它還沒有取得重要的具體進展。另一部分物理學家則認為黑格斯粒子是與規範粒子、費米子一樣基本的粒子。 迄今還沒有在實驗上肯定黑格斯粒子的存在。不過這並不表明實驗已排除黑格斯粒子存在的可能性。
在規範理論中引入黑格斯機制時，會隨之出現一些不能用規範理論原則來規定其大小的耦合常數。這些同黑格斯粒子有關的耦合常數是理論中無法確定的。為了避免這種不確定性，一部分物理學家受到超導中庫珀對（見超導微觀理論）的啟發，認為對稱性自發破缺（見真空）是費米子凝聚的結果。這種不要黑格斯粒子的機制稱為動力學自發破缺。由於這個理論的非線性和不可重正化性，它還沒有取得重要的具體進展。另一部分物理學家則認為黑格斯粒子是與規範粒子、費米子一樣基本的粒子。 迄今還沒有在實驗上肯定黑格斯粒子的存在。不過這並不表明實驗已排除黑格斯粒子存在的可能性。
黑格斯場
黑格斯場，規範場理論術語，指構成黑格斯機制的物質場，其拉格朗日密度是它的內部空間可能有多個分量，但是，它在時空空間卻只有一個分量，因而也稱之為標量場，與之相應的粒子的自旋為0，它與通常的標量場不同，且有自相互作用，黑格斯場具有兩面性的破缺對稱性的特點一方面，對應於虛質量(粒子的質量是虛的)，在內部空間反射變換下，拉格朗日密度是對稱的，而真空是破缺的；另一方面，對應於實質量，其真空是對稱的，而拉格朗日密度是破缺的，黑格斯場與規範場結合構成黑格斯機制。
黑格斯粒子
黑格斯粒子（Higgs particle）是指理論上預言的一種有質量的中性標量粒子。黑格斯粒子又稱黑格斯－基布爾（Higgs－Kibble）粒子。
理論詮釋
弱相互作用是一種短程力，如果用定域規範場理論來描寫弱相互作用，就要求傳遞弱相互作用的規範場粒子質量很大。但如果要求弱相互作用嚴格遵守定域規範對稱性，它的規範場粒子的質量就應當嚴格為零，這就產生了矛盾。這就是真空對稱性自發破缺問題。弱相互作用理論的作用量具有嚴格的規範不變性，但我們所處的世界（這是由這種作用量導出的一個解）不具有這種對稱性。如若實現這個自發破缺機制，有人提出應當存在一種標量場即黑格斯場，它與夸克、反夸克、弱規範場粒子（即Z0和W±粒子）存在相互作用。而且，這種標量粒子還提供勢能相互作用，現實世界處在這種勢能的最低點，這樣規範對稱性仍然存在，規範場粒子可獲得非零質量。同時預言存在一種中性黑格斯粒子。這就是所謂的黑格斯機制，一種可能的真空對稱性自發破缺機制。
