量子色动力学

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1、质量起源———量子色动力学与质量起源卢昌海七、量子色动力学约化的，但由这些夸克所与戈德斯通、希格斯等人在对称性自发破缺方组成的强子的性质，在很面的研究几乎同时，物理学家们在研究强相互作用大程度上可以由量子色动上也取得了重大进展。经过十余年的努力，这些工力学来描述，这其中就包作最终奠定了被称为量子色动力学的强相互作用理括强子的质量。在接下来论。量子色动力学是一个以犛犝（３）为规范群的的几节中，我们就来看一杨－米尔斯理论，它所描述的费米子被称为夸克，是下量子色动力学对强子质量的描述，以及这种描述有质量粒

2、子（但其质量在标准模型之内是不可约化在何种意义上可以被视为是对质量起源问题的回的）；传递相互作用的载力子则是无质量的，被称为答。胶子。八、同位旋与手征对称性有读者可能会问：我们是不是离题了？既然量我们知道，可见物质的质量主要来自于质子和子色动力学中的胶子是无质量的，而夸克虽然有质中子，其中质子由两个狌夸克及一个犱夸克组成，而量，但其质量是不可约化的。那么，量子色动力学与中子由一个狌夸克及两个犱夸克组成。在下面的叙质量起源这一主题又能有什么关系呢？应该说，这述中，我们将只考虑这两种夸克。由于这两种夸克

3、是一个很合理的疑问。但量子色动力学的奇妙之处的质量远小于任何强子的质量，作为近似，我们先忽就在于，它形式上异常简洁，内涵却惊人地丰富。它略它们的质量。这时的量子色动力学拉氏量为：—宛如一坛绝世的佳酿，越品就越是回味无穷。在谈犔＝－（１／２）犜狉（犌μν犌）＋犻狌—γμ犇狌＋犻犱γμ犇犱。μνμμ论质量起源问题的时侯，人们往往把注意力放在包显然，这一拉氏量在以下两个整体犛犝（２）变换：含希格斯机制的电弱统一理论上，因为希格斯机制（－犻狋犪θ犪）、（－犻γ５狋犪θ犪）ψ→犲狓狆ψψ→犲狓狆ψ在登场伊始就

4、打出了质量产生机制的响亮广告。但下是不变的，其中（狌，犱）犜，狋α是犛犝（２）的生成ψ＝事实上我们将会看到，看似与质量起源问题无关的元。这两个存在于狌和犱夸克间的对称性分别被称量子色动力学对这一问题有着非常独特而精彩的回为同位旋对称性与手征对称性，记为犛犝（２）与犞答，从某种意义上讲，这一回答才是标准模型范围内犛犝（２）犃。其中，同位旋对称性犛犝（２）犞只要夸克的最佳回答。质量彼此相等（不一定要为零）就存在，而手征对称我们先来看看量子色动力学的拉氏量：性犛犝（２）只有在夸克质量全都为零时才具有（这犃

5、犔＝－（１／２）犜狉（犌μν犌）＋∑—（犻γμ犇－犿）狇，一情形因此而被称为手征极限）。除此之外，这一拉μν狇μ狇狇氏量还存在一个显而易见的整体犝（１）对称性，它其中狇为夸克场；犌μν＝μ犃ν－ν犃μ－犻犵［犃μ，犃ν］犞对应于重子数守恒，与夸克是否有质量，以及质量是为规范场强；犇μ＝μ－犻犵犃μ为协变导数；犃μ为规否彼此相等都无关。综合起来，上述拉氏量具有整范势；犿为夸克狇的质量；犵为耦合常数；式中的求狇体犛犝（２）（２）（１）对称性。在这些对和遍及所有的夸克种类。自然界已知的夸克种类犞×犛

6、犝犃×犝犞称性中，同位旋对称性犛犝（２）与手征对称性犛犝（２）（也称为“味”）共有六种。其中狌、犱、狊被称为轻夸犞犃所对应的守恒流分别为克，质量分别约为１５～３０犕犲犞、３～７犕犲犞及９５犕犲犞；μ犪—μ犪、犃μ犪—μ５犪。犞＝ψγ狋ψ＝ψγγ狋ψ犮、犫、狋被称为重夸克，质量分别约为１２５犌犲犞、４２犌犲犞显然在宇称变换下，犞μ犪是矢量、犃μ犪是轴矢量。他及１７４犌犲犞。其中的轻夸克质量是在２犌犲犞的能标上定义的，重夸克的质量则是在其自身质量标度上定们对应的荷（犙）犪＝∫犞０犪犱３狓与（犙犃

7、）犪＝∫犃０犪犱３狓犞义的。这些质量参数本身在标准模型范围内是不能分别为标量及赝标量。１９卷３期（总１１１期）·３·如果同位旋与手征对称性都是严格的对称性，对称性是否自发破缺？如果破缺，是否恰好是手征那么（犙）犪将生成强子谱中自２０世纪６０年代起部分破缺，即破缺到犛犝（２）（１）？都只能由犞犞×犝犞逐步引导人们发现量子色动力学的同位旋对称性；理论本身来决定，而不是我们可以擅自假设的，正是而（犙）犪则将生成所谓的手征对称性，它要求每一这一特点使问题变得困难。更麻烦的是，手征对称犃个强子都伴随有自旋、重

8、子数及质量与之相同，而宇性的破缺（如果存在的话）出现在量子色动力学的强称却相反的粒子。这样的对称性在强子谱中从未被相互作用区，即低能区。对于理论研究来说，无疑是发现过。雪上加霜。对此，最容易想到的解释是：由于狌和犱夸克实另一方面，对称性破缺方式由理论本身所决定际上并不是无质量的，因此手征对称性原本就不可虽然为量子色动力学带来一个艰深的理论问题，同能严格成立。事实上，不仅手征对称性不可能严格时却也是它一个极大的理论优势。因为电弱统一理成立，由于狌夸克和犱夸克的质量彼此不