手徵對稱性破缺

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在粒子物理學裏,手徵對稱性破缺(chiral symmetry breaking)指的是強相互作用手徵對稱性被自發打破,是一種自發對稱性破缺。假若夸克的質量為零(這是手徵性(chirality)極限),則手徵對稱性成立。但是,夸克的實際質量不為零,儘管如此,跟強子的質量相比較,上夸克下夸克的質量很小,因此可以視手徵對稱性為一種「近似對稱性」。

在量子色動力學的真空裏,夸克與反夸克彼此會強烈吸引對方,並且它們的質量很微小,生成夸克-反夸克對不需要用到很多能量,因此,會出現夸克-反夸克對的夸克-反夸克凝聚態,就如同在金屬超導體裏電子庫柏對凝聚態一般。夸克-反夸克對的總動量與總角動量都等於零,總手徵荷不等於零,所以,夸克-反夸克凝聚真空期望值(vacuum expectation value)不等於零,促使物理系統原本具有的手徵對稱性被自發打破,這也意味著量子色動力學的真空會將夸克的兩個手徵態混合,促使夸克在真空裏獲得有效質量[1]:669-672

根據戈德斯通定理,當連續對稱性被自發打破後必會生成一種零質量玻色子,稱為戈德斯通玻色子。手徵對稱性也具有連續性,它的戈德斯通玻色子是π介子。假若手徵對稱性是完全對稱性,則π介子的質量為零;但由於手徵對稱性為近似對稱性,π介子具有很小的質量,比一般強子的質量小一個數量級。這理論成為後來電弱對稱性破缺的希格斯機制的初型與要素。[1]:669-672

根據宇宙學論述,在大霹靂發生10-6秒之後,開始強子時期,由於宇宙的持續冷卻,當溫度下降到低於臨界溫度KTc≈173MeV之時 ,會發生手徵性相變(chiral phase transition),原本具有的手徵對稱性的物理系統不再具有這性質,手徵對稱性被自發性打破,這時刻是手徵對稱性的分水嶺,在這時刻之前,夸克無法形成強子束縛態,物理系統的有序參數反夸克-夸克凝聚的真空期望值等於零,物理系統遵守手徵對稱性;在這時刻之後,夸克能夠形成強子束縛態,反夸克-夸克凝聚的真空期望值不等於零,手徵對稱性被自發性打破。[2] [3]

參閱[编辑]

參考文獻[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 Peskin, Michael; Schroeder, Daniel. An introduction to quantum field theory Reprint. Westview Press. 1995. ISBN 978-0201503975. 
  2. ^ Povh, Bogdan; Klaus Rith, Christoph Scholz, Frank Zetsche. Particles and Nuclei: An Introduction to the Physical Concepts 6th, illustrated. Springer. 2008: pp.324ff. ISBN 9783540793670. 
  3. ^ Scadron, M. D.; Zenczykowski, P. Chiral Phase Transitions. Hadronic Journal. 2002, 25: pp. 639–654.