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戈德斯通玻色子
鎖定
- 中文名
- 戈德斯通玻色子
- 外文名
- Goldstone bosons
- 適用領域
- 粒子物理學
- 相關定理
- 南部-戈德斯通定理
戈德斯通玻色子玻色子
在量子力學裏,粒子可以分為玻色子(英語:boson)與費米子。保羅·狄拉克為了紀念印度物理學者薩特延德拉·玻色的貢獻,因此給出玻色子的命名。玻色與阿爾伯特·愛因斯坦合作發展出的玻色-愛因斯坦統計可以描述玻色子的性質。在所有基本粒子中,標準模型的幾個傳遞作用力的規範子,光子、膠子、W玻色子、Z玻色子都是玻色子,賦予基本粒子質量的希格斯子是玻色子,已被證實。在量子引力理論裏傳遞引力的引力子也是玻色子,尚未被證實存在。在複合粒子裏,介子是玻色子,質量數為偶數的穩定原子核,像重氫H(原子核由一顆質子和一顆中子組成,質量數為2)、氦-4、鉛-208等也是玻色子,準粒子像庫柏對、等離體子、聲子等都是玻色子。
多個玻色子可以同時佔有同樣量子態。這是一個很重要的性質。當氦-4因冷卻變為超流體時,會顯示出這種性質。與之相比,兩個費米子不能同時佔有同樣的量子態。組成物質的基本粒子是費米子,例如,輕子、夸克。玻色子傳遞作用力使得費米子能夠連結在一起。由於玻色子的作用,物質能夠黏結在一起。
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戈德斯通玻色子連續對稱
在數學裏,連續對稱是觀察如運動等之某些對稱性概念而自然產生出的觀念,和由一個狀態翻轉至另一狀態而不變的鏡射對稱相對。它大量地且成功地被公式化於數學的許多如拓撲羣、李羣及羣作用等概念上。連續對稱在這些公式化的概念中,最實用的是在拓撲羣之羣作用中的被應用。
戈德斯通玻色子自發對稱破缺
自發對稱破缺(spontaneous symmetry breaking)是某些物理系統實現對稱性破缺的模式。當物理系統所遵守的自然定律具有某種對稱性,而物理系統本身並不具有這種對稱性,則稱此現象為自發對稱破缺。這是一種自發性過程(spontaneous process),由於這過程,本來具有這種對稱性的物理系統,最終變得不再具有這種對稱性,或不再表現出這種對稱性,因此這種對稱性被隱藏。因為自發對稱破缺,有些物理系統的運動方程或拉格朗日量遵守這種對稱性,但是最低能量解答不具有這種對稱性。從描述物理現象的拉格朗日量或運動方程,可以對於這現象做分析研究。
假設在墨西哥帽(sombrero)的帽頂有一個圓球。這個圓球是處於旋轉對稱性狀態,對於繞着帽子中心軸的旋轉,圓球的位置不變。這圓球也處於局部最大引力勢的狀態,極不穩定,稍加攝動,就可以促使圓球滾落至帽子谷底的任意位置,因此降低至最小引力勢位置,使得旋轉對稱性被打破。儘管這圓球在帽子谷底的所有可能位置因旋轉對稱性而相互關聯,圓球實際實現的帽子谷底位置不具有旋轉對稱性──對於繞着帽子中心軸的旋轉,圓球的位置會改變。
大多數物質的簡單相態或相變,例如晶體、磁鐵、一般超導體等等,可以從自發對稱破缺的觀點來了解。像分數量子霍爾效應(fractional quantum Hall effect)一類的拓撲相(topological phase)物質是值得注意的例外。
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戈德斯通玻色子手徵對稱性
在量子場論裏,手徵對稱性(chiral symmetry)是物理系統的拉格朗日量可能具有的一種對稱性。具有手徵對稱性的物理系統,其狄拉克場的左手部分與右手部分可以獨立變換。這樣,拉格日量的各個項目可以被分為矢量部分和軸矢量部分。矢量部分對於左手部分與右手部分同等處理;軸矢量部分對於左手部分與右手部分不同等處理。
- 參考資料
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- 1. Griffiths, David J., Introduction to Elementary Particles 2nd revised, WILEY-VCH: pp. 338–342, 2008, ISBN 978-3-527-40601-2
- 2. Koch, Volker. Aspects of Chiral Symmetry. International Journal Modern Physics. 1997, E6: pp. 203–250.
- 3. Walter Greiner and Berndt Müller. Gauge Theory of Weak Interactions. Springer. 2000. ISBN 3-540-67672-4.
- 4. Kondepudi, Dilip K.; Hegstrom, Roger A. The Handedness of the Universe. Scientific American. January 1990, 262 (1): 108–115.
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