對稱性與守恆定律

SU(3) 味對稱性與八重法(SU(3) flavor symmetry and the eightfold way)

/ ess-you-three /

在二十世紀五十年代到六十年代初,粒子加速器不斷吐出幾十種新的強交互作用粒子,物理學家被這片混亂搞得絕望——據說恩里科·費米曾說,要是他能記住所有這些粒子的名字,他就去當植物學家了。八重法正是帶來秩序的突破:把這些粒子擺到齊整的幾何圖表上,它們就落入了優美的對稱圖案,大多是八個一組和十個一組。

這種圖案來自把同位旋加以推廣。同位旋把上夸克和下夸克當作可以互換,而 SU(3) 味對稱性則假裝三個夸克——上、下、奇——就強交互作用而言全都大致可以互換。SU(3) 不過是在三個這樣的態之間交換這一對稱性的數學名稱。把粒子按兩個量子數(一個類似電荷的量和奇異數)描點,這些家族就拼成了六邊形和三角形:八個最輕的自旋為零的介子組成一個帶中心的六邊形共八個,八個最輕的重子(包括質子和中子)組成另一個八重態,再下一組重子組成一個十個的三角形——這便是俏皮名字「八重法」的由來,取自佛教的八正道。

勝利在 1964 年到來。預言的十成員三角形有一個角是空的,於是這個方案要求有一個全新的粒子,它的質量、電荷和奇異數都非常確定:Ω 負粒子。它恰好在圖案指出的位置被找到,是一次驚人的驗證。更深一層,SU(3) 味對稱性的成功是一條巨大的線索,表明強子並非基本粒子,而是由幾塊更小的部件——夸克——搭成的,它幫助開啟了夸克模型。和同位旋一樣,這個對稱性只是近似的,因為奇夸克明顯比上夸克和下夸克更重,這正是這些家族並非完全均勻的原因。

八重法最著名的成功是 Ω 負重子。在自旋為 3/2 的十成員組裡,圖案有一個空角,於是它預言存在一個由三個奇夸克組成、質量和電荷都確定的粒子。1964 年它出現在一張氣泡室照片裡,幾乎與預言分毫不差。

預言的 Ω 負粒子填上了重子十重態裡那個空角。

這個味 SU(3)——交換上、下、奇夸克——與強交互作用那個嚴格的色 SU(3) 是不同的對稱性,前者只是近似的。它們共用 SU(3) 這個名字,卻描述完全不同的東西;切勿混為一談。

又稱
flavor SU(3)eightfold way八重法味 SU(3)