希格斯机制

电弱对称性破缺(electroweak symmetry breaking)

/ EWSB /

在早期宇宙极高的能量下,电磁力和弱相互作用并不是两种分开的力——它们是单一、统一的「电弱」力,有四个地位完全平等、且都没有质量的传力粒子。我们所生活的世界看起来很不一样:我们有电磁力,由无质量的光子传递、能横跨整个房间;还有一种分开的、作用范围极短的弱相互作用,由沉重的W和Z玻色子传递。电弱对称性破缺,就是把那一种统一的力分裂成这两种的事件,也正是希格斯机制所执行的那项具体工作。

下面就是所发生的事。统一理论一开始在它的四个电弱场之间有一种完美的对称性。当早期宇宙冷却到一个临界温度以下,希格斯场沿着它的墨西哥帽势滚落,停在一个非零的真空值上,打破了对称性。结果是一次精确的重新洗牌:四个传力粒子中的三个吸收了希格斯场的片段,变成有质量的W+、W-和Z玻色子,而某一个特定的组合保持无质量,就是我们认识的光子。一个混合角(温伯格角)精确地控制着原来的场如何混合成光子和Z。所以光子和W/Z并不是互不相干的粒子——它们是同一个被破缺的对称性留下的不同残余。

电弱对称性破缺是弱相互作用之所以弱且作用范围短(它沉重的传递者难以产生、很快消亡)、而电磁力作用范围长(它的传递者无质量)的原因。它是标准模型电弱部分的中心组织事件,也是物质粒子之所以能有质量的根由。为了把边界划清,一点诚实的告诫:破缺搭好了舞台,但W和Z玻色子究竟如何行事的详细唯象——它们的衰变、它们的产生、对电弱理论的精确检验——是另一个话题;这里聚焦的是对称性破缺这个事件本身。

破缺前:四个无质量的电弱传递者,地位平等。破缺后:光子保持无质量(赋予电磁力无限的作用范围),而W和Z变重(使弱相互作用作用范围变短)。混合它们的那同一个温伯格角已被精确测量,并在许多实验中与理论吻合。

一种统一的力分裂为长程的电磁力和短程的弱相互作用。

光子和W/Z来自同一个被破缺的对称性——它们不是彼此独立的力。是破缺使弱相互作用变成短程的;并不是弱相互作用从一开始就被「设计」得很弱。

又称
EWSBelectroweak phase transition电弱破缺