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手征對稱性
來源:互聯網

手征對稱性,是自旋為 1/2 的粒子有兩種獨立的自旋狀態。對兩種狀態的一種相對論不變的區分法稱為手征,兩種自旋狀態稱為左旋和右旋。對于以光速運動的零質量粒子,左旋和右旋的物理意義分別為粒子自旋方向與運動方向相反和相同。在量子場論中,手征對稱性是指物理系統的拉格朗日量可能具有的一種對稱性,其中保羅·狄拉克場的左手部分與右手部分可以獨立變換。

定義

如果粒子所參與的相互作用在某一對稱群的變換下具有不變性,則粒子波函數在這對稱群的變換下按一定的規律變換。如果在某一對稱群的變換下,左旋粒子與右旋粒子的變換規律不同,則稱該對稱群所體現的對稱性為手征對稱性。例如左旋(或右旋)粒子在群變換時按一定規律變換,而右旋(或左旋)粒子則不變,這時往往又稱該對稱群所體現的對稱性為左旋(或右旋)手征對稱性。嚴格的手征對稱性下費密子的質量為零,左旋費密子與右旋費密子相互獨立地運動。在手征對稱性破缺時,費密子可以獲得質量,左旋費密子與右旋費密子可以互相轉變,耦合在一起運動。手征性的概念不僅出現在量子場論,在弦律里也有所用途。

量子場論中的手征對稱性

在量子場論里,手征對稱性意味著拉格朗日量的各個項目可以被分為向量部分和軸向量部分。向量部分對于左手部分與右手部分同等處理;軸向量部分對于左手部分與右手部分不同等處理。例如,在量子色動力學中,如果假設上夸克下夸克的質量為零,則這兩個夸克組成的物理系統的拉格朗日量具有手征對稱性。狄拉克旋量可以分解為左手狄拉克旋量與右手狄拉克旋量,拉格朗日量以這兩種旋量表示時,對于特定的變換保持不變,這種對稱性稱為“手征對稱性”。

手征對稱性的破缺

手征對稱性的破缺在物理學中具有重要意義。例如,量子色動力學中的U(1)A變換的對稱性在量子層級被打破,這是一個明顯的對稱性破缺,稱為U(1)軸反常。此外,手征對稱性的自發破缺會導致夸克凝聚,并生成戈德斯通玻色子,如π介子。由于上夸克下夸克的質量都很微小,SU(2)L×SU(2)R只是一個近似對稱性,因此π介子具有些微質量,是準戈德斯通玻色子。這些現象在粒子物理學的標準模型中起著核心作用,對于理解強相互作用和粒子質量的起源至關重要。

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