规范场规范场和基本相互作用

发布网友 发布时间：2024-10-24 16:46

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热心网友 时间：2024-11-06 22:43

在物理学中，定域规范变换下的物理规律不变性揭示了规范场的存在，这些规范场负责传递粒子间的相互作用，确保它们在变换下保持不变。人们一直追求将已知的四种相互作用——电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用和引力相互作用——通过规范变换对称原理统一起来。1967年和1968年，S.温伯格和A.萨拉姆利用黑格斯机制，结合S.L.格拉肖提出的弱作用与电磁作用的SU(2)×U(1)群规范对称性，构建了一个理论，将弱作用与电磁作用统一起来。这一理论的关键是，自发的对称破缺保留了电磁规范不变性，产生了无质量的光子，而其他三种有质量的规范场粒子W±和Z0则传递弱相互作用。该理论的预言，如W±和Z0的发现，以及它们的性质，都得到了实验的证实，这使得它成为电磁作用与弱作用的基础理论。

19年，M.盖耳-曼和G.兹韦克提出强子由夸克构成的观点后，人们开始尝试用夸克间的相互作用来解释强相互作用。夸克具有“色荷”这一新量子数，对应的是色空间中SU(3)变换下的不变性。基于这种不变性的强作用理论就是量子色动力学，其规范场量子是胶子，共有8种。量子色动力学是当前研究强作用的重要理论。

电弱相互作用的统一成就推动了物理学家探索将所有相互作用统一于规范对称性框架下的可能性。这种将电、弱、强三种作用统一起来的理论被称为大统一理论，是物理学领域的一个重要研究方向。

规范场 （gauge field） 是 与物理规律的定域规范变换不变性相联系的物质场。在力学中重力场内的物体所受的重力是确定的，而物体的势能因势能零点的选取不同而不同，势能缺乏唯一性；同样在电磁学中，电磁场由电场强度E和磁感应强度B描述，而采用标势j和矢势A描述电磁场也缺乏唯一性。尽管存在这样的不唯一性，要求电磁场还需满足规范变换。电磁规律在规范变换下保持形式不变。