《对称性破缺》word版

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1、对称性破缺是一个跨物理学、生物学、社会学与系统论等学科的概念，狭义简单理解为对称元素的丧失；也可理解为原来具有较高对称性的系统，出现不对称因素，其对称程度自发降低的现象。对称破缺是事物差异性的方式，任何的对称都一定存在对称破缺。对称性是普遍存在于各个尺度下的系统中，有对称性的存在，就必然存在对称性的破缺。对称性破缺也是量子场论的重要概念，指理论的对称性为真空所破坏，对探索宇宙的本原有重要意义。它包含“自发对称性破缺”和“动力学对称性破缺”两种情形。简介李政道认为对称性原理均根植于“不可观测量”的理论假设上；不可观测就意味着对称性，任何不对称性的发现必定意味着存在某种可观测量。李政

2、道说：“这些‘不可观测量’中，有一些只是由于我们目前测量能力的限制。当我们的实验技术得到改进时，我们的观测范围自然要扩大。因而，完全有可能到某种时候，我们能够探测到某个假设的‘不可观测量’，而这正是对称破坏的根源。　　这和“对称性破缺则是由‘宏观’走向‘微观’而展现事物差异性的方式”哲学观点是一致的。　　假如没有对称性破缺，这个世界将会失去活力，也将是单调、黯淡的，也不会有生物。自然界同样也存在着诸多对性破缺的例子。比如：弱作用力下的宇称不守恒、粒子与反粒子的不对称、手性分子的对称性破缺等等。物理学中几何对称与抽象对称　　对称性破缺可以理解为原来具有较高对称性的系统，出现不对称因

3、素，其对称程度自发降低的现象。或者用物理语言叙述为：控制参量λ跨越某临界值时，系统原有对称性较高的状态失稳，新出现若干个等价的、对称性较低的稳定状态，系统将向其中之一过渡。和前面群论提到几何对称操作中旋转、反映、反演相似，在物理学中则是电荷对称、时间反演、空间反映，的对称操作就是C、T、P。CTP也存在对称与破缺。　　按照诺特定理，守恒量意味着对称性；在物理学上不仅仅有几何的对称还有抽象的对称。比如：电荷守恒定律涉及抽象的性质而非动力学的性质，它对应着抽象的对称性；还有保守力在保守场中的做功，这些就是规范对称。在寻求各种相互作用力的理想的量子理论中，规范对称性在起着核心的作用；而

4、且统一力的理论尝试也是在规范对称性的范围之内的。弱作用规范对称自发破缺　　斯蒂芬·温伯格（SievenWeinberg）和阿卜杜斯·萨拉姆（AbdusSalam）各自独立地发现有可能在不破坏弱作用内在的规范对称性的情况下使弱“媒介”粒子获得质量。这一质量可以通过弱作用场内部一定的相互作用来自发地产生，弱作用的规范对称性可能是自发破坏而不是动力学破坏。整体对称性是一个连续变换群，整体对称性自发破缺，零自旋、零质量粒子就会产生，称为戈德斯通（Goldstone）玻色子，如果局部对称规范群自发破缺，部分戈德斯通玻色子将会得到质量，即希格斯机制。温伯格和萨拉姆提出W和Z粒子（弱作用的“媒

5、介”粒子）是通过弱作用希格斯机制获得质量的。希格斯场量子是有质量无自旋的玻色子，它与电磁－弱作用场相耦合，在这种耦合的作用下，系统选择了最低能量状态，使得W和Z获得大质量。根据超对称理论，暗物质粒子称为neutralinos（常称为WIMPS），彼此湮灭释放次级粒子和辐射，包括中等能量伽玛射线对规范对称的描述也要用到数学的群论，描述这种连续对称的称为李群。例如圆环上的对称性，一个圆环在绕其中心轴转动任何角度时保持对称。这些转动构成一个群，称为U（1），其中U代表“幺正”的意思，是一种特定的数学性质。碰巧电磁场的规范对称性正是这种U（1）对称，为Able群；不过是在某一抽象空间中，

6、而非真实的空间。弱力和电磁力可由SU(2)xU(1)非阿贝尔规范理论来统一描述，S代表“特殊”；已有标准模型：SU(3)xSU(2)xU(1)（非阿贝尔规范理论）来描述强、弱、电磁三种力，我们在这里并不关心它在数学上的具体含义。　　超对称理论是唯一可以把强、弱、电磁三种力的耦合常数在极高能量下统一交于一点的SU（5）大统一理论。下面列举几个对称性自发破缺的事例：弱作用中宇称不守恒　　实验已经证明，强作用下宇称守恒。这是与微观粒子的镜象对称性相联系的守恒定律。1956年前后，在对最轻的奇异粒子衰变过程的研究中遇到了“t~q疑难”。实验中发现的t和q粒子，它们质量相等，电荷相同，寿命

7、也一样。但它们衰变的产物却不相同：实验结果的分析表明，3个p介子的总角动量为零，宇称为负。而2个p介子的总角动量如为零，则宇称只能是正。因此，从质量、寿命和电荷来看，q和t似乎是同一种粒子。但从衰变行为来看，如果宇称是守恒量，则q和t就不可能是同一种粒子。　　1956年，李政道和杨振宁解决了这个难题。他们提出弱相互作用过程中宇称不守恒的设想，吴健雄的钴60原子核b蜕变实验验证了这个设想。1957年，吴健雄在10-2K下做原子核b衰变实验，用核磁共振技术使核自旋按确定方向排列，观察