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标准模型 量子电动力学 量子色动力学 电弱统一理论 粒子物理简介 第四节 粒子物理标准模型 余钊焕 中山大学物理学院 http://yzhxxzxy.github.io 2018 年5 月 余钊焕 (中山大学) 粒子物理简介：粒子物理标准模型 2018 年 5 月 1 / 28 标准模型 量子电动力学 量子色动力学 电弱统一理论 粒子物理标准模型 粒子物理标准模型是一个 SU3C SU2L U1Y 规范理论。模型中有三代 费米子，每一代包含一种上型夸克、一种下型夸克、一种带电轻子和一种中 微子。规范玻色子传递费米子间相互作用。 1 SU3C 部分描述夸克的强相互作用，称为量子色动力学，相应的规范玻 色子是㬵子。 2 SU2L U1Y 部分统一描述夸克和轻子的电磁和弱相互作用，称为电弱 统一理论。理论中有一个希格斯二重态，引起规范群的自发对称性破缺， 使 SU2L U1Y 群破缺为U1EM 群。 破缺前，理论中存在 4 个无质量的规范玻色子和4 个希格斯自由度；左手费米 子和右手费米子都没有质量，具有不同量子数。 破缺后，3 个规范玻色子与 3 个希格斯自由度结合，从而获得质量，成为 W 和 Z 0 玻色子，传递弱相互作用；剩下的1 个无质量规范玻色子是光子，即是 U1EM 群的规范玻色子，传递电磁相互作用；与希格斯二重态的汤川耦合导致 左手费米子和右手费米子获得质量，组合成狄拉克费米子。 理论中的中微子没有右手分量，因而没有获得质量。1998 年实验发现中微子振 荡，证明中微子具有质量，所以需要扩充标准模型才能正确描述中微子物理。 余钊焕 (中山大学) 粒子物理简介：粒子物理标准模型 2018 年 5 月 2 / 28 标准模型 量子电动力学 量子色动力学 电弱统一理论 U1 整体对称性 时空坐标的函数称为场。在量子场论中，场被量子化，而粒子是场的激发态， 粒子间相互作用来源于各种场之间的相互作用。场的运动规律由最小作用量 原理决定，作用量S ∫ d4 x x ，其中拉氏量x 是用场表达出来的。 对于一个不参与相互作用的狄拉克费米子场 x ，运动规律可以用拉氏量 ¯ ¯ free x x i x m x x 描述，其中狄拉克矩阵 是满足 , 2g 的4 4 常数矩阵，时空导 ¯ † 0 U1 整体变换 数 x ，m 为费米子质量， 。对 作 x ′ x eiQ x , ¯ ¯′ ¯ iQ （整体意味着相位 不是时空坐标的函数），则 x x