《量子夸克》《希格斯》摘抄_量子力学摘抄
《量子夸克》《希格斯》摘抄由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“量子力学摘抄”。
科普读物的好处：梳理历史，阐述物理图像，解析背后的哲学。
量子场论需要我们相信，我们周围坚硬的、存在相互作用的物质世界，实际上只是少数的几种物质场，只是这些沸腾的场看起来感觉很硬，这是一幅令人惊异的图景，但似乎又是真实的。
量子场论不仅仅是一套理论，它包含整整一大类理论。一旦把整个骨架搭建起来，留给我们的自由只剩下这些基本场所包含的内部对称性。——P64 方法就是将主方程划分成为两个部分。一部分表示理论中自由运动的粒子，可以直接解出来。另一部分就是微扰部分，表示粒子之间的相互作用。——P78 在费曼图中，者表示了量子场论的物理思想：像电子这样的粒子是同一团光子云相联系的。“真实”存在的是穿着衣服的传播子，而不是光着身子的。——P83 但有一个主要的差别，它从某种意义上来说，成为了QCD理论中的阿喀琉斯之踵。——84 在量子场论中，这种思想（重整化）发展为电子与它所在的真空发生相互作用，这就意味着真空并不是一个没有任何作用的空白空间。
“重整化”过程分两步。第一步，一定要用一种可以比较、加减以及进行其他操作的形式将发散写出来，就像有限的情景一样。第二步，要把各种各样的发散一起考虑，从计算的其余部分抽出来，最终留下一个物理上有意义的结果，用来同实验比较。这种方法的第一部分称作regularization，第二部分是renormalization。——P89 费曼在解决无穷大问题时采取了“截断”法——对虚粒子的质量人为设定一个上限。既然求和在不同的维度下能进行得更好，我们就把维度从4变到一个比4稍小一点的数值。（维度正规化）——P90 然而最终的结果不依赖于任何这种选择（对“重整化”方法的选择），因为这种选择是任意的。这种不依赖于选择的性质是一种不变性，这种不变性揭示出一种对称性。这种特殊的对称性在数学上表述为重正化群——该群在QCD理论中有特殊用途。——P102 量子场论提供了一个将世界的量子性和相对性结合起来的框架。时空变换下（包括转动）的对称性被植入了这个框架中，但是还掉落了基本量子成员的对称性。如果把这种对称性也通过某种形式包括进来，结果就形成了规范理论。——P106 整体电荷守恒等价于系统在电子波相位全局下不变。——114 Weyl最初的统一理论以及赋予“规范”的长度尺度意义都已尘封在历史书中，存留下来的只有“规范”这个词本身以及他所用方法的形式。——P114 由于大自然拥有一种不可思议的经济性，这种新引进的场（一般称为规范场）其实一点也不“新”：它就是光子。规范波色子在规范理论中出现是为了保持局域规范对称性，对应的耦合常数恰好就是电子所带的电荷（在QED中），这使得大自然的经济性体现的更加完美。——P116 理论中的相互作用是由它必须遵从的局域相位对称性（即规范对称性）决定的，这种思想被称为规范原理。（本人注：所以规范波色子的出现是很正常而且是必须的）——P117 与QED相关的群就是转动群U（1）群。它只有一个生成元，等价于只有一种荷守恒，即电荷守恒。光子之间没有相互作用——在物理上讲，这是因为它们不带电荷；而从数学上讲，是由于U（1）群是一种Abel群。在QCD中，情况就不同了（非Abel群），顶替了光子位置的那些家伙相互之间存在相互作用。——P118 所有的事例都说明了，QED理论为QCD理论的发展做了大量的准备工作，因为人们认为，QED理论中的许多过程同QCD理论中的过程类似。
此外QED理论肯定了场论的形式价值，证明了重整化方法的强大威力，表明了能从微扰论中得到有意义的结论，并且还展示了规范原理的作用，所有这些都可以直接应用到QCD理论之中。——P126 对于QED理论来讲，电弱相互作用理论除了建立起一套关于弱力的规范场理论之外，还进行了其他一些工作——它是一套既描述弱相互做用又描述电磁相互作用的理论，它只有在两种力同时存在的情况下适用。独立的QED仍然有效，它是一套更普遍的理论在低能情况的表现。但是还没有独立的弱相互作用理论与之相对应。——P127 这是一个可悲的现实，因为它展现给人们的是一个“清扫过”的整洁的物理，与混乱的现实相去甚远。——P165 在电荷的情况中，U（1）对称和电荷守恒都要变成局域的，因此会出现相应的传递力的粒子——光子。对于重子数U（1）群却没有对应的步骤，这表示它不会导出一套可用的粒子力理论。
八正法可以理解为，质子和它所在家族的成员都是由三部分组成的。（本人注：十重态的出现要求像夸克这样“三位一体”的存在）——P192 鬼粒子只出现在含有规范玻色子圈的计算中。简单的树状费曼图中不会出现对应复杂鬼粒子图的额外部分。鬼粒子同规范玻色子之间耦合的细节依赖于规范的选择，但鬼粒子永远不会同电子和夸克这些费米子发生耦合。鬼粒子只是一种与理论中出现规范玻色子部分有关性质，即使理论中不存在费米子，而只存在像胶子这样的规范玻色子，鬼粒子也必须存在。——P238 对于非阿贝尔规范理论来讲，鬼粒子图确实恢复了幺正性。换句话说，非阿贝尔规范理论确实可以量子化。——P241（QED中鬼粒子和光子不耦合，可以分离出来，并且完全可以忽略掉）
在某些阶段，我们必须选择一种特定的规范。一旦做了选择，必定会丧失规范不变性。但是在计算某些物理过程发生可能性的时候，规范的选择并不重要，只要方便就行了，但必须要保留规范不变性。这两个明显矛盾的要求，导致了不同的格林函数之间的关系——沃德恒等式。——P243 渐近自由的发现有其自身的数学基础，重整化群正是其中的关键部分。他将理论中“短程”和“长程”概念之间固有的任意性转变为像质量、相互作用强度这样的依赖于能量的关键参数。
因为夸克-Higgs粒子相互作用的强度同夸克的质量成正比，顶夸克比其他任何一种夸克都更容易同Higgs粒子相互作用。——P297 重整化群描绘了从纹理精细的图像，连续地演变到纹理粗大的图像的过程——它联系了不同尺度上的物理。——P321 胶子取得了胜利，所以才会出现渐近自由。（本人注，P331）
《希格斯》摘抄
基于那些目前在世、最出色的数学家的评价，诺特小姐是女子高等教育有史以来所造就的最具创造力的数学天才。在很多最有天赋的数学家辛勤探索了几个世纪的代数领域，她发现了一些研究方法，这些方法已被证明对于今天新一代数学家来说是极其重要的。纯粹数学，就其特点而言，是逻辑思想的诗篇。人们寻求最一般的运算思路，从而把最大可能限度的形式关系以一种简洁、合乎逻辑的和统一的方式结合在一起。在朝着逻辑之美而努力的过程中，人们发现超自然的公式对于更深刻地洞察自然规律是必不可少的。
——爱因斯坦对诺特的评价P28
对称性破缺会产生一个无质量的南部-戈德斯通玻色子。这个粒子现在可以被无质量的、自旋等于1的场玻色子“吸收”，使之成为后者的第三个自由度。此时场粒子的波函数振幅可以在空间的所有三个维度上振动，其中包括它的传播方向。该粒子获得了“深度”。
我们现在把粒子的加速度受到希格斯场阻碍的程度理解为粒子的（惯性）质量。质量的概念在一番如此这般的逻辑中化为乌有。它被原本没有质量的粒子与希格斯场的相互作用所取代了。——P71
历史梳理： 南部意识到，对称性自发破缺可能会让某些在真空中没有质量的粒子获得质量。戈德斯通也对此进行研究，但发现同时又产生一个质量为零的粒子，后来把这条规则叫做戈德斯通定理。但在实验中却丝毫找不到这个粒子的迹象。
安德森不相信戈德斯通定理，他指出量子场理论学家与之较劲的问题可能会以某种方式解决：两类玻色子似乎可以能够彼此相消，只留下有限质量的玻色子。
不劳特-昂格勒-希格斯-哈根-古拉尔尼克-基布尔（BEHHGK）机制，如上所述（金石头被吃掉，规范场获得质量）。简称“招手示意”（beck）机制。三个组同时独立做出了这一发现。不得不说这是一件很有意思的事情。上帝往往会这样公平地安置它的人类，而不会使谁独领风骚。然而，最美不过阴差阳错，希格斯似乎成为了这场革命中的胜利者。
希格斯应邀在哈佛做了一次报告，讲述他的理论。格拉肖也在观众席上，但是他此时似乎完全忘了自己早期为发展电弱理论所做的努力，该理论预言了无质量的W+W-Zo粒子，它们需要某种方式获得质量。“他的健忘症一直持续到1966年。”希格斯写道。为了对格拉肖的健忘症做到“礼尚往来”，希格斯也把电弱统一理论抛在脑后，一心想把自己的机制应用于强作用。
温伯格一直在把希格斯机制用于强相互作用力。“我突然认识到，自己一直在把正确的想法用于错误的问题。”他现在才意识到，自己一直试图使之应用与强相互作用的数学结构正好是解决弱相互作用力的问题以及这些相互作用暗含的有质量玻色子的问题所需要的。“Oh my god！，this is the answer of weak interaction!”
但是这套理论需要有弱中性流的存在，温伯格决定完全回避这个问题，因为他当时完全不信任夸克模型，把自己的理论局限于轻子（此时的中性流就是中微子），他此时对强子的态度十分谨慎。他对三个粒子的质量做出了估计，但无法证明这个理论是可重整化的，但他坚信如此。
与此同时，萨拉姆也得到了同样的结果，但因为他想把强子的理论也纳入其中，所以未发表。
粒子物理学家对温伯格和萨拉姆的模型完全不予理睬，埋头继续做自己的科学研究。1970年格拉肖总算开始注意自己的工作了，他们认为引入第四个夸克（粲夸克）可以可以解决弱中性流的问题（弱中性流的问题来源于不可重整化，不可重整化来源于人工赋予玻色子质量），这样的解决方案也将强子归入阵营。
粒子物理学家因自己的发现而激动不已，他们挤进一辆汽车，横冲直撞地来到麻省理工学院的一间办公室。
随着而来的，竟然是沟通上的失败！同学之间进行情感、学术的交流还是很有必要滴。对于聚集在这间办公室里的科学家来说，他们的脑海中装满了关于弱作用力和电磁力的统一理论的几乎所有答要素。温伯格已经领悟到如何借希格斯机制把自发对称性破缺应用于轻子的场论中，使得相关的场粒子质量可以被计算出来而不是被手工放进去的（但存在中性流的问题）。格拉肖等人发现了奇异粒子衰变过程中弱中性流问题的一个潜在解决方案，因而为把该理论推广到包括强子在内的相互作用带来了希望。但是他们仍旧在用手工的方式为场粒子输入质量，因此仍旧在和发散问题做斗争。
格拉肖对之前温伯格的工作一无所知，而温伯格对此也是只字不提。温伯格后来承认自己面对早起工作有一种“心理障碍（羞涩）”。
相反，温伯格也没有友好地看待粲夸克的建议，因为他“讨厌”极了夸克。“当然，并非每个人都相信我们所预言的粲强子真的存在。”格拉肖如是说。
直到有人能够证明温伯格和萨拉姆的理论是可以被重整化的，电弱统一理论的进一步发展才成为可能。而这个问题在当时被认为是风险太大，难度太高。（杨爷爷的理论就是屌！）
“我可以做这件事。”特霍夫特。25岁，初生牛犊不怕虎。他给出的证明让一些很有名望的物理学家一时之间无法理解。格拉肖最初在没有理解该证明的时候就对特霍夫特做了如下的评价：“这家伙要么是一个彻头彻尾的白痴，要么是未来数年冲击并推进物理学发展的最大天才。”
事实上，特霍夫特所做的事情是证明了杨-米尔斯规范理论一般而言是可重整化的。定域规范理论其实是仅有的一类可重整化的场论。
理论学家现在非常接近一个宏大的综合性理论：基于SU（3）*SU（2）*U（1）对称群，将几种量子场论合并在一起——它就是广为人知的标准模型。这种综合为实验粒子物理学家未来三十年的发展做好了理论准备。如此说来，盖尔曼等人的迟疑和犹豫（夸克紧闭）只是豪赌之前的深呼吸罢了。
大家都在期待粲夸克的诞生，然而，实验物理学界一片荒芜。
1974年11月，情况明朗化了，丁肇中（Chao Chung Ting）在布鲁克黑文的课题组和里克特在SLAC的课题组发现相同的新粒子，一个由粲夸克和反粲夸克所组成的介子。这个粒子被叫做J/sai粒子。马cc有一天发现，大CC抓住了小cc。这个事件被称作“11月革命”，从此，粒子物理学，又进入了一个新的时代，一个“色味俱全”的时代。
悲观沮丧的气氛开始笼罩着。
尽管所有的建造和挖掘工作都在进行，但我知道对该项目的资助可能会终止。我能够想象，试验坑洞或许会被填上，而磁铁大楼或许最后只剩下一座空房，伴随着几个农场主的浅淡记忆，为一个曾经计划在埃利斯县建造的、规模宏大的科学实验室作证。也许我处在赫胥黎所谓的维多利亚时代的乐观主义咒语之下，可是我无法相信这种情况将会发生；或者说，在我们所处的时代，人们将会放弃寻找大自然的终极定律。
——温伯格《终极理论之梦》（Dreams of the Final Theory）在因果时空里，万物精确游移 直到一天，我们洞察了引力 才发现这世界早已分崩离析
标准模型从其开端就显现出令人烦恼的深层次的瑕疵。该模型不得不容纳其数量令人深感不安的“基本”粒子。这些粒子在一个需要20个参量的理论框架中被联系在一起。物理学家无法从理论本身推出这些参量，它们必须通过实验来测量。在这20个参量中，12个用于确定夸克轻子的质量，3个用于确定这些粒子之间相互作用里的强度。于是希格斯玻色子本身质量就出了问题。希格斯粒子可以通过所谓的“圈修正（loop correction）”获得质量，这种修正考虑到了希格斯粒子与虚粒子的相互作用。圈修正与诸如虚顶夸克等较重的粒子有关，所给予希格斯粒子的质量要比它按照破缺电弱对称性所能得到的质量大得多（后者叫做裸质量，前者是一种量子效应）。结果造成了理论所预言的弱作用力要比它实际的强度弱得多。这种现象被称为“等级问题”。
更具体地说，等级问题关注的是为什么希格斯粒子的质量远远小于普朗克质量，或者为什么描述弱作用力强度的费米常量远远大于描述引力强度的牛顿常量。
在缺乏来自实验的引导的环境下，理论学家除了接受美学的引导，此外别无选择。他们依从自己的本能去寻找能够超出标准模型的理论，以期在更基本的层面解释自然规律。
超对称理论种类繁多，但是最简单的一种叫做最小超对称标准模型。
在超对称理论中，有关的方程对于费米子和玻色子的相互交换是不变的。因此，我们今天所观测到的费米子和玻色子在物理学中非常不同的性质和行为一定是破坏或者掩盖这种超级对称性的结果。
添加超对称的优点和缺点。
“依我看来，关于希格斯粒子的莎士比亚之词——有，还是没有（to be , or not to be）——将会在明年的年底得到回答。”霍耶尔说。
是他、是他、就是他！
爱因斯坦曾经宣称：“上帝本性高傲，但他并非狡黠。”虽然寻找希格斯粒子的传奇故事的下一篇章或许不会暴露一个身怀恶意造物主的存在，但是正如实验事件数所显露的那样，谴责有一定恶作剧心智的上帝将会变得合情合理。
上帝粒子的命名。霍耶尔宣布：“我作为一个外行想要说的是，我认为我们已经得到了我们想要找的那个“它”，你们同意吗？”
“它看起来像标准模型的希格斯粒子，它闻起来像标准模型的希格斯粒子，它一定是标准模型的希格斯粒子。”
CERN的新闻稿评述道：
对新粒子的特性做明确的鉴别将花费很长时间和很多数据。但不论希格斯粒子呈现出何种形式，我们对物质基本结构的认识都会前进一大步。
希格斯对LHC所取得的骄人成就表示了祝贺，并且感慨道：“这一切发生在我的有生之年，真是令人难以置信！”
假如没有这些相互作用（与希格斯场的相互作用），那么物质就会像光本身那样，朝生暮死，华而不实。于是乎一切都不复存在了。
《杨振宁，基本粒子相互作用》 从他的原始文献中可以看出，粒子空穴的概念与复数共轭的数学概念很有关系，由于这个原因，C不变性被认为是一个代数的概念。引入复数作为物理定律中代数的基本元素是量子力学给物理学带来的新概念之一。——P17 从物理上说，这个概念（规范场）源于一个思想，即物理世界的一些基本对称性应当与每个时空点的不变性概念相联系。——P20 晶体的许多性质，只决定于它的不变元（指的其实是操作）结构——P30 局部的相、局部守恒和推广麦克斯韦方程式是规范场的三个思想来源。
所有轨道的转动对称在量子物理学中都是通过转动群的表象理论——一个极其优美的数学分支——来同时进行分析的。——P50 人们也普遍认同，引力相互作用也归于一类规范场，不过由于规范自由度与自旋及坐标之间的微妙关系，以致引力作用今日还难以等价于规范场。这依然是物理学的一个十分突出的根本问题。——P53 在这里，非线性与早先提及的希尔伯特空间的线性毫无关系。正如我们现在所了解的，量子力学建立在总是线性的希尔伯特空间的数学基础上。非线性在这里涉及到像正文展示的规范理论方程这样的方程，这些方程在希尔伯特空间是超结构。——P53（本人注：难道规范场的非线性并不是通常所指的非线性？非阿贝尔和阿贝尔的关系是什么？）纤维丛是一个十分复杂的几何概念。今天认识到它原来是基本场结构的必不可少的元素，这也许会使爱因斯坦感到高兴，因为他多次强调，基本场就其本性而言必须是几何的。他也会因为方程的非线性而快慰，因为他曾强调指出：“真正的定律不可能是线性的，而且也不可能从这样的线性方程中得到。”——P54 人们倾向于说，同位旋守恒是同位旋空间的转动不变性的结果。但这种说法肯定什么也没解释。因为同位旋空间是一个为了“解释”同位旋守恒而想象出来虚构的空间，我们不能在后面忘记这个出发点而把同位旋空间看得比守恒定律更本身更实在，更基本。——P65（自己最欠缺的）
费米：He has both of his feet on the ground.物理系的随便什么课都应该去听一听，物理学史也应该去注意一下。——（哈哈，余窃喜）
Pauli：幸亏没有人跟我打赌，假如有人打赌的话，我就要破产了，因为我没有这么多钱财。现在这样，我只是损失了一点名誉。可是，我有足够的名誉，损失一点不要紧。
春风大雅能容物,秋水文章不染尘
