粒子物理中的各種對稱性及其應用

江律明

【摘要】在物理學中，粒子物理屬于重要內容，是現代化物理發展前言的代表。而在物理學中，對稱是最為基本的原理，包含對稱性破壞、廣義守恒兩個大個部分。本文從強子、輕自對稱性的表述入手，對其強與弱之間的相互作用、質量的對稱性等展開分析，并對應用方式進行簡要的闡述。

【關鍵詞】粒子物理；對稱性；應用

【中圖分類號】O572.24 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2017）32-0288-02

前言

從物理學方面看來，宇宙由原子、粒子組成，原子的組成主要是原子核、電子，原子核的組成則為質子、中子，核子的組成是膠子、夸克。實際上，我們認識到的物質世界是一個有多種粒子存在、并相互產生作用的世界。粒子物理主要是對粒子性質、相互作用等展開研究的學科，各中對稱性是其主要內容，通過對此展開研究，可使我們對自然界有更為深入的認識。

一、粒子物理各種對稱性和應用分析

1. 強弱相互作用方面的對稱性

現階段，從世界范圍內看來，被承認的相互作用主要有引力、電磁、強弱相互作用幾種，強弱之間相互產生的作用與一些對稱性、破缺是互相對應的關系。強弱之間相互產生作用方面的理論產生于1958年，重整化不能實現，需弱電具備統一性[1]。當前進行應用的強弱相互產生的作用有電荷流對稱于中性流的問題存在，質量和壽命如果需對稱，則需確保弱變道、分支比呈現出統一性，對于電磁和弱散射，需展開統一性處理。量子電力學便由電磁的散射決定，強弱之間相互的作用有顯著的對稱性存在，夸克（三代）、有色、輕子（三代）、有色、無色之間在一定程度上有相似性存在。

從同位旋、若相互作用這兩個理論特性方面進行考慮，可把輕子看作同位旋的二分之一，可SU（2）形成對稱關系。這與相互作用類似，不同代之間發揮作用的量子有差異性，因此可將多個類型的弱相互作用色子引入。但若對W-Z進行單一使用，則有致使三代產生一致作用的可能性，輕子均有普適性存在，三代輕子、微子在數量方面有一致性。總的看來，若強弱之間的相互作用為短程，則其相似而且具有統一性，從形式方面看來，二者基本一致，只是作用強度方面有差異，這一特點以狹義的泛量子力學不盡相同。強子、輕子是強弱之間相互作用進行對稱的基礎，若色對稱于味，則膠子必然會對稱于W-Z，這實際上也是大統一理論實現的前提條件。如果統一對強弱之間的相互作用進行處理，對條件進行特定后展開轉化處理，使相互作用對應于SU（3）。若強子的模型和QCD進行比較可見破缺，則弱相互作用會對應于SU（2）。而通過嵌套處理，可在SU（3）中歸入SU（2），此時，便可發現，在相互作用的形式、Feynman圖中，二者始終保持在統一狀態[2]。一般而言，量子力學的研究均為Schnodinger方程，電磁的相互作用會使氫原子的能級、強弱之間的相互作用受到影響，使其保持形式的一致，但需確保耦合常數之間有差異存在。對粒子物理展開研究時，國內的研究者通常會對“群”進行應用，對各個種類的相互作用展開分類處理，對其對稱群進行明確，便可對工作方案展開討論。

2. 量子方程中的對稱性

基于現階段的研究結果，自旋S、同位旋L有極大相似性，相互和同位旋多重態對應，且雙方均可進行推廣與發展，二者之間有顯著的量子數三角形關系。因此，同位中必定會有相對易、反對易、類統計性等多個要素存在，進行衍生性的分析，便可發現超多重態也有超旋存在，且1、S之間不均守恒性[3]。但在對推廣的目標進行定位時，費米子數、動量矩之間會有守恒這一趨勢出現。在同位旋方面，若需對方程進行構建，可通過對波函數進行引入的方法實現，對易規則、不相容這一原理進行明確，這實際上證實I、S之間存在差異的表現，但若要胸實際發展方面倆進行推廣，還是會有所差異。拉氏量中有多種場及其各自對應的方程存在，這些場可進行相互代入的處理，以得到不同結果，彼此之間有靴帶關系這一概念存在。

3. 質量與壽命方面的對稱性

強子質量、壽命與強弱之間的相互作用、SU（3）、破缺程度有緊密的聯系性，拉氏量和方程也有差異存在，但二者依然會有對稱方面的特性呈現。拉氏量和方程強相互作用、矢量流守恒之間也有聯系性。在一定程度上，對稱性會受到拉氏量的影響，而產生影響的程度由破缺方式決定，促進二級近似發生轉化，得到微擾方程、高階方程，SU（3）和三色夸克之間則有互相對應的關系[4]。SU（3）這一理論主要是對強相互作用的S、I量進行強調，若相互作用對應于Q、U，因此，在壽命的近似值方面，相同量子基本一致。

若I值有差異，則質量會受影響，而U不同則會使壽命受影響，在本質方面，二者均為破缺。強弱之間的相互作用會使強子的質量、壽命受到影響，基于雙方相互對稱，耦合常數也有差異存在。究其原因，主要要素均可在SU（3）中集中，但與第四維，以上兩種要素均可相互對應，如果把其當成狹義方面的相對論，則可對稱四維，若情況允許，能夠實現對稱于第五維。若對稱不能實現，電子半徑較小且穩定，其中內部結構處于完善狀態，則可對其是否有更大的相互作用存在進行判定，在引力、強相互作用方面，此聯系基本統一。粒子和黑洞有相似性，在此方面，電子有顯著特點。千字的質量均可經JP=（1/2）這一重子質量公式進行計算，也可簡化處理此公式，以促進其運行效率的提升。簡化處理公式后，將其推廣至共振態，從橫向的規律推廣處理到縱向的規律，可經Moise逐漸展開化簡，得出對粒子質量進行計算的公式，隨后再對此公式進行推廣，便可應用在強子中。

二、對稱性破缺分析

從理論方面而言，對稱性較為“優美”，但從實際的自然界中看來，在多方面因素影響之下，對稱性會有破缺產生。經學者們的多年探索與研究，開創了粒子物理中對稱不守恒、對稱性破缺等新的理論和研究方向。從數學方面看來，突變類似于相變，通過此種方式，能夠使自發性的破缺產生，反之進行處理，則可得到對稱性的破缺，若對稱性的破缺產生，則可把其當成相變。弱相互作用的對稱性破缺有PCAC存在，依據此類似性展開分析，可能會發現有I=1/2SCB=1這一粒子存在。其中有較多的CP不守恒粒子存在，此模式是現階段學術界廣泛認可并進行應用的模式。在非Abe規范理論中，對于對稱性，對較為嚴格的規范條例進行了制定，規范場沒有質量，若有質量，則表示定域中的對稱性已經被破壞，若Higgs被破壞，則質量也會隨之被破壞。高低能的對稱性、破缺、PEP發生破缺時在統計性方面處于統一狀態，對質量譜、低能GMO公式、精確質量公式進行修改，可得到S=aJ+b、音節公式，可與高能相互配合，使Hagedoin質量譜構成。

三、結語

本文從破缺和量子方程、質量和壽命、強弱相互作用幾個方面對稱性入手進行分析，對粒子物理中經常會出現的問題、處理方式進行了簡要介紹。粒子物理是現階段發展較為迅速的學科，研究的微觀世界物質結構較、性質等規范較原子核層次更為深入，其研究依托于量子場論，對廣泛的物理現象經常應（下轉294頁）（上接288頁）用。

參考文獻

[1]張一方.粒子物理中幾種可能應用的新數學方法和拓撲模型[J].信陽師范學院學報（自然科學版），2016，（1）：17-22.

[2]張一方.各種粒子方程及其可能的發展和意義[J].商丘師范學院學報，2014，（3）：35-41.

[3]曹焱.粒子物理——核心學說暨質子和中子的結構和組成[J].學周刊，2015，（13）：160-165.

[4]岳崇興，馬璐.粒子物理研究現狀與發展趨勢之概述[J].遼寧師范大學學報（自然科學版），2016，39（3）：327-331.