对称性与对称破缺.pdf

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1、Symmetry&SymmetryBreakingSymmetry&SymmetryBreakingExploringBasicLawsofNatureExploringBasicLawsofNature对称性与对称破缺对称性与对称破缺探寻自然界的基本规律探寻自然界的基本规律吴岳良吴岳良中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所中国科学院卡佛里理论物理研究所中国科学院卡佛里理论物理研究所2008.11.152008.11.15上海上海主要内容主要内容对称原理与物理规律ò自然界中的对称性ò物理学中的对称性ò粒子物理中的对称性CP对称性和CP破坏ò研究CP破坏

2、的重要性和科学意义ò重要的科学问题、理论预言和实验验证òCP破坏位相的起源、新的物理唯象粒子物理和宇宙学ò粒子物理和宇宙学面临的挑战ò实验上的挑战（LHC,Planck,…)对称原理和统一理论ò自然界最基本问题的探讨ò最大对称化的最小统一模型粒子物理标准模型ò物质基本组元ò基本相互作用力总论和展望、统一和呈展ò爱因斯坦和统一场论的探索T.D.LeeParityViolationC.N.Yang1957NobelPrize19561957NobelPrizeJ.CroninCPViolationV.Fitch1980NobelPrize19641980NobelP

3、rizeYoichiroNambuMakotoKobayashiToshihideMaskawaòTheNobelPrizeinPhysics2008ò"forthediscoveryofthemechanismofspontaneousbrokensymmetryinsubatomicphysics“ò"forthediscoveryoftheoriginofthebrokensymmetrywhichpredictstheexistenceofatleastthreefamiliesofquarksinnature"一、对称原理与物理规律原理与物理规律杨振宁

4、先生：“二十世纪物理学的主旋律是：量子化、对称性和相因子”李政道先生:“二十一世纪物理学的挑战是：夸克禁闭，对称和对称破缺”周光召先生:“对称性和对称破缺是世界统一性和多样性的根源”自然界中出现的对称自然界中出现的对称自然界充满了各种对称性例如：许多动物的左右对称性、太阳的转动对称性、海星的五重对称性、雪花的六重对称性、……日常生活中呈现的左右对称性日常生活中呈现的左右对称性泰姬陵泰姬陵生命起源：对称破缺的生命起源：对称破缺的DNADNA在生命起源过程中，左右镜像对称破缺.艺术上：对称破缺美的代表作艺术上：对称破缺美的代表作物理学中的对称性物理学中的对称性（Ox

5、fordDictionaryofPhysics)ò对称性是指一个系统的一组不变性(Thesetofinvariancesofasystem)ò数学上，利用群论来研究对称性。ò自然界的许多对称性本身就是物理的，例如分子的转动与反射、晶格的平移。ò对称性可以是分离的（具有有限的数目）例如：八面体分子的转动，也可以是连续的（具有无限的数目）例如:原子或核子的转动。ò对称性可以是更一般的和抽象的，例如：CPT不变性（粒子-反粒子变换、左右镜像变换和时间反演对称性），以及与规范理论相关的对称性对称性的性质对称性的性质ò物理学的重要任务之一：揭示宇宙世界所具有的各种类型的对

6、称性ò对称性的分类：ò空间对称性：对空间性质进行变换所对应的对称性ò时间对称性：对时间性质进行变换所对应的对称性ò内部对称性：与时间和空间相独立的变换所体现的对称性ò内部对称性：整体对称性和局域对称性对称破缺对称破缺(OxfordDictionaryofPhysics)ò对称性破缺是指：一个多体系统的基态或相对论量子场论的真空态所具有的对称性比定义这个体系的拉格朗日量或哈密顿量所具有的对称性小的情形。ò在固体物理中，抗铁磁性和超导就是例子ò在粒子物理中，电弱统一模型是相对论量子场论中对称性破缺的重要例子对称破缺与对称破缺与GoldstoneGoldstone定理

7、定理(OxfordDictionaryofPhysics)ò与对称性破缺相关的一个结论是Goldstone定理：它是指在具有连续对称性破缺的相对论量子场论中必然存在无质量的粒子－Goldstone玻色子。ò在固体理论中，Goldstone玻色子是集团激发。òGoldstone定理当时是在Gell-Mann－Levy、周光召1960年提出PCAC（轴矢量流部分守恒）后，对赝标量π介子的特殊性质研究中，于1961年提出的一个重要定理粒子物理学中的对称性粒子物理学中的对称性SpecialQuantumSymmetrySymmetryRelativity+Mechani

8、cs+对称性对称性相对论