粒子物理中的各种对称性及其应用

江律明

【摘要】在物理学中，粒子物理属于重要内容，是现代化物理发展前言的代表。而在物理学中，对称是最为基本的原理，包含对称性破坏、广义守恒两个大个部分。本文从强子、轻自对称性的表述入手，对其强与弱之间的相互作用、质量的对称性等展开分析，并对应用方式进行简要的阐述。

【关键词】粒子物理；对称性；应用

【中图分类号】O572.24 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2017）32-0288-02

前言

从物理学方面看来，宇宙由原子、粒子组成，原子的组成主要是原子核、电子，原子核的组成则为质子、中子，核子的组成是胶子、夸克。实际上，我们认识到的物质世界是一个有多种粒子存在、并相互产生作用的世界。粒子物理主要是对粒子性质、相互作用等展开研究的学科，各中对称性是其主要内容，通过对此展开研究，可使我们对自然界有更为深入的认识。

一、粒子物理各种对称性和应用分析

1. 强弱相互作用方面的对称性

现阶段，从世界范围内看来，被承认的相互作用主要有引力、电磁、强弱相互作用几种，强弱之间相互产生的作用与一些对称性、破缺是互相对应的关系。强弱之间相互产生作用方面的理论产生于1958年，重整化不能实现，需弱电具备统一性[1]。当前进行应用的强弱相互产生的作用有电荷流对称于中性流的问题存在，质量和寿命如果需对称，则需确保弱变道、分支比呈现出统一性，对于电磁和弱散射，需展开统一性处理。量子电力学便由电磁的散射决定，强弱之间相互的作用有显著的对称性存在，夸克（三代）、有色、轻子（三代）、有色、无色之间在一定程度上有相似性存在。

从同位旋、若相互作用这两个理论特性方面进行考虑，可把轻子看作同位旋的二分之一，可SU（2）形成对称关系。这与相互作用类似，不同代之间发挥作用的量子有差异性，因此可将多个类型的弱相互作用色子引入。但若对W-Z进行单一使用，则有致使三代产生一致作用的可能性，轻子均有普适性存在，三代轻子、微子在数量方面有一致性。总的看来，若强弱之间的相互作用为短程，则其相似而且具有统一性，从形式方面看来，二者基本一致，只是作用强度方面有差异，这一特点以狭义的泛量子力学不尽相同。强子、轻子是强弱之间相互作用进行对称的基础，若色对称于味，则胶子必然会对称于W-Z，这实际上也是大统一理论实现的前提条件。如果统一对强弱之间的相互作用进行处理，对条件进行特定后展开转化处理，使相互作用对应于SU（3）。若强子的模型和QCD进行比较可见破缺，则弱相互作用会对应于SU（2）。而通过嵌套处理，可在SU（3）中归入SU（2），此时，便可发现，在相互作用的形式、Feynman图中，二者始终保持在统一状态[2]。一般而言，量子力学的研究均为Schnodinger方程，电磁的相互作用会使氢原子的能级、强弱之间的相互作用受到影响，使其保持形式的一致，但需确保耦合常数之间有差异存在。对粒子物理展开研究时，国内的研究者通常会对“群”进行应用，对各个种类的相互作用展开分类处理，对其对称群进行明确，便可对工作方案展开讨论。

2. 量子方程中的对称性

基于现阶段的研究结果，自旋S、同位旋L有极大相似性，相互和同位旋多重态对应，且双方均可进行推广与发展，二者之间有显著的量子數三角形关系。因此，同位中必定会有相对易、反对易、类统计性等多个要素存在，进行衍生性的分析，便可发现超多重态也有超旋存在，且1、S之间不均守恒性[3]。但在对推广的目标进行定位时，费米子数、动量矩之间会有守恒这一趋势出现。在同位旋方面，若需对方程进行构建，可通过对波函数进行引入的方法实现，对易规则、不相容这一原理进行明确，这实际上证实I、S之间存在差异的表现，但若要胸实际发展方面俩进行推广，还是会有所差异。拉氏量中有多种场及其各自对应的方程存在，这些场可进行相互代入的处理，以得到不同结果，彼此之间有靴带关系这一概念存在。

3. 质量与寿命方面的对称性

强子质量、寿命与强弱之间的相互作用、SU（3）、破缺程度有紧密的联系性，拉氏量和方程也有差异存在，但二者依然会有对称方面的特性呈现。拉氏量和方程强相互作用、矢量流守恒之间也有联系性。在一定程度上，对称性会受到拉氏量的影响，而产生影响的程度由破缺方式决定，促进二级近似发生转化，得到微扰方程、高阶方程，SU（3）和三色夸克之间则有互相对应的关系[4]。SU（3）这一理论主要是对强相互作用的S、I量进行强调，若相互作用对应于Q、U，因此，在寿命的近似值方面，相同量子基本一致。

若I值有差异，则质量会受影响，而U不同则会使寿命受影响，在本质方面，二者均为破缺。强弱之间的相互作用会使强子的质量、寿命受到影响，基于双方相互对称，耦合常数也有差异存在。究其原因，主要要素均可在SU（3）中集中，但与第四维，以上两种要素均可相互对应，如果把其当成狭义方面的相对论，则可对称四维，若情况允许，能够实现对称于第五维。若对称不能实现，电子半径较小且稳定，其中内部结构处于完善状态，则可对其是否有更大的相互作用存在进行判定，在引力、强相互作用方面，此联系基本统一。粒子和黑洞有相似性，在此方面，电子有显著特点。千字的质量均可经JP=（1/2）这一重子质量公式进行计算，也可简化处理此公式，以促进其运行效率的提升。简化处理公式后，将其推广至共振态，从横向的规律推广处理到纵向的规律，可经Moise逐渐展开化简，得出对粒子质量进行计算的公式，随后再对此公式进行推广，便可应用在强子中。

二、对称性破缺分析

从理论方面而言，对称性较为“优美”，但从实际的自然界中看来，在多方面因素影响之下，对称性会有破缺产生。经学者们的多年探索与研究，开创了粒子物理中对称不守恒、对称性破缺等新的理论和研究方向。从数学方面看来，突变类似于相变，通过此种方式，能够使自发性的破缺产生，反之进行处理，则可得到对称性的破缺，若对称性的破缺产生，则可把其当成相变。弱相互作用的对称性破缺有PCAC存在，依据此类似性展开分析，可能会发现有I=1/2SCB=1这一粒子存在。其中有较多的CP不守恒粒子存在，此模式是现阶段学术界广泛认可并进行应用的模式。在非Abe规范理论中，对于对称性，对较为严格的规范条例进行了制定，规范场没有质量，若有质量，则表示定域中的对称性已经被破坏，若Higgs被破坏，则质量也会随之被破坏。高低能的对称性、破缺、PEP发生破缺时在统计性方面处于统一状态，对质量谱、低能GMO公式、精确质量公式进行修改，可得到S=aJ+b、音节公式，可与高能相互配合，使Hagedoin质量谱构成。

三、结语

本文从破缺和量子方程、质量和寿命、强弱相互作用几个方面对称性入手进行分析，对粒子物理中经常会出现的问题、处理方式进行了简要介绍。粒子物理是现阶段发展较为迅速的学科，研究的微观世界物质结构较、性质等规范较原子核层次更为深入，其研究依托于量子场论，对广泛的物理现象经常应（下转294页）（上接288页）用。

参考文献

[1]张一方.粒子物理中几种可能应用的新数学方法和拓扑模型[J].信阳师范学院学报（自然科学版），2016，（1）：17-22.

[2]张一方.各种粒子方程及其可能的发展和意义[J].商丘师范学院学报，2014，（3）：35-41.

[3]曹焱.粒子物理——核心学说暨质子和中子的结构和组成[J].学周刊，2015，（13）：160-165.

[4]岳崇兴，马璐.粒子物理研究现状与发展趋势之概述[J].辽宁师范大学学报（自然科学版），2016，39（3）：327-331.