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Higgs mechanism

  用标量粒子场来实现规范对称性自发破缺的一种机制。相应的标量粒子(即自旋为 0的粒子)通常被称为黑格斯粒子或黑格斯-基布尔 (Higgs-Kibble)粒子(见规范场)。

  黑格斯机制实现对称性自发破缺的性质与假想的无限大的铁磁体破坏空间的各向同性很相似。无限大铁磁体的稳定状态是,其中所有磁畴的磁矩平行排列,形成均匀磁场。本来,不论是无限大铁磁体还是它所占据的空间,对空间方向都没有任何偏好,即都是各向同性的。但是均匀磁场总会取某一个方向,从而使这个方向变得特殊起来,即破坏了空间的各向同性。在这个例子中,均匀磁场的偶然取向,使空间原有的三维转动对称性自发破缺,降低到二维转动对称性,即以磁场方向为轴转动的对称性,垂直于磁场的所有方向仍然是平权的。在黑格斯机制的情形,铁磁体由标量粒子场来代替,原有的三维转动对称性,由假设的统一规范对称性来代替,而保留的二维转动对称性,则由剩余的规范对称性来代替。规范对称性的特点是,对应于每一个规范对称性,有一个零质量的自旋为1的粒子,叫做规范粒子。当黑格斯机制使规范对称性破缺时,就使黑格斯粒子的种类减少一个,与此同时,相应于被破缺的规范对称性的自旋为1的粒子,从无质量的变为有质量的,而其独立分量的数目由2增加到3,增加的1个分量来自减少的黑格斯粒子分量。重的规范粒子传递的作用力程短,轻的规范粒子传递的作用力程长,对称性自发破缺前性质相似的规范粒子,在对称性自发破缺以后,有的保质零质量,有的获得质量;它们传递的相互作用,就带上了极不相同的性质。这样,黑格斯机制就为在一个简单的规范理论的基础上,统一诸多性质各异的相互作用提供了可能。

  S.L.格拉肖S.温伯格A.萨拉姆电弱统一理论是应用黑格斯机制的一个成功的例子。黑格斯机制是一切统一弱作用、电磁作用和强作用的大统一理论中必不可少的部分。

  在规范理论中引入黑格斯机制时,会随之出现一些不能用规范理论原则来规定其大小的耦合常数。这些同黑格斯粒子有关的耦合常数是理论中无法确定的。为了避免这种不确定性,一部分物理学家受到超导中库珀对(见超导微观理论)的启发,认为对称性自发破缺(见真空)是费密子凝聚的结果。这种不要黑格斯粒子的机制称为动力学自发破缺。由于这个理论的非线性和不可重正化性,它还没有取得重要的具体进展。另一部分物理学家则认为黑格斯粒子是与规范粒子、费密子一样基本的粒子。

  到目前为止,人们还没有在实验上肯定黑格斯粒子的存在。不过这并不表明实验已排除黑格斯粒子存在的可能性。

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