对称性与守恒定律

SU(3) 味对称性与八重法(SU(3) flavor symmetry and the eightfold way)

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在二十世纪五十年代到六十年代初,粒子加速器不断吐出几十种新的强相互作用粒子,物理学家被这片混乱搞得绝望——据说恩里科·费米曾说,要是他能记住所有这些粒子的名字,他就去当植物学家了。八重法正是带来秩序的突破:把这些粒子摆到齐整的几何图表上,它们就落入了优美的对称图案,大多是八个一组和十个一组。

这种图案来自把同位旋加以推广。同位旋把上夸克和下夸克当作可以互换,而 SU(3) 味对称性则假装三个夸克——上、下、奇——就强相互作用而言全都大致可以互换。SU(3) 不过是在三个这样的态之间交换这一对称性的数学名称。把粒子按两个量子数(一个类似电荷的量和奇异数)描点,这些家族就拼成了六边形和三角形:八个最轻的自旋为零的介子组成一个带中心的六边形共八个,八个最轻的重子(包括质子和中子)组成另一个八重态,再下一组重子组成一个十个的三角形——这便是俏皮名字「八重法」的由来,取自佛教的八正道。

胜利在 1964 年到来。预言的十成员三角形有一个角是空的,于是这个方案要求有一个全新的粒子,它的质量、电荷和奇异数都非常确定:Ω 负粒子。它恰好在图案指出的位置被找到,是一次惊人的验证。更深一层,SU(3) 味对称性的成功是一条巨大的线索,表明强子并非基本粒子,而是由几块更小的部件——夸克——搭成的,它帮助开启了夸克模型。和同位旋一样,这个对称性只是近似的,因为奇夸克明显比上夸克和下夸克更重,这正是这些家族并非完全均匀的原因。

八重法最著名的成功是 Ω 负重子。在自旋为 3/2 的十成员组里,图案有一个空角,于是它预言存在一个由三个奇夸克组成、质量和电荷都确定的粒子。1964 年它出现在一张气泡室照片里,几乎与预言分毫不差。

预言的 Ω 负粒子填上了重子十重态里那个空角。

这个味 SU(3)——交换上、下、奇夸克——与强相互作用那个严格的色 SU(3) 是不同的对称性,前者只是近似的。它们共用 SU(3) 这个名字,却描述完全不同的东西;切勿混为一谈。

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