1、杨米尔斯场和希格斯场的特点以及关系说明灵遁者现在我们知道，物理学家使用一种称为标准模型的量子理论描述自然和宇宙，它涵盖夸克、轻子、规范玻色子和希格斯玻色子这些基本粒子，并基于规范场理论描述了四种基本相互作用中的三种：强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用。其中三代夸克和轻子构建出现实世界的物质，这三代粒子在规范场中有完全一致的量子数，唯一的区别在其质量差，这是由希格斯场引起的。规范玻色子承担着传递相互作用的重任，由胶子、光子和W/Z玻色子分别传递强相互作用，电磁相互作用和弱相互作用。所以在开始讲杨米尔斯场和希格斯场的特点以及关系的时候，不得不先讲讲希格斯玻色子。希格斯玻色子是标准模型预言的一种自
2、旋为零的玻色子，不带电荷、色荷，极不稳定，生成后会立刻衰变。英国科学家彼得希格斯于1964年提出了希格斯场的存在，并进而预言了希格斯玻色子的存在。经过多年探索，于2013年正式确认发现希格斯粒子。希格斯粒子是希格斯场的场量子化激发，它通过自相互作用而获得质量。 希格斯粒子具体发现过程如下：我们知道，要发现希格斯粒子，必须把两道粒子束加速到非常高能量，然后在大型粒子探测器里相互碰撞，有时候，碰撞会产生希格斯粒子。但是希格斯粒子生成后会在非常短暂时间内发生衰变，无法直接被探测到，探测器只能记录其所有衰变产物（“衰变特征”），从这些实验数据，重建衰变过程，假若符合希格斯粒子的某种衰变道，则归类为希子
3、可能被生成事件。在大型强子对撞机里，由于粒子碰撞生成希格斯粒子的事件概率非常小，大约为百亿分之一，很多其它种碰撞事件具有类似的衰变特征，2012年6月22日，欧洲核子研究组织发表声明，将要召开专题讨论会与新闻发布会，报告关于寻找希格斯粒子的最新研究结果。7月4日，欧洲核子研究组织举行专题讨论会与新闻发布会宣布，紧凑子线圈发现质量为125.30.6GeV的新玻色子，标准差为4.9；超环面仪器发现质量为126.5GeV的新玻色子，标准差为4.6。物理学家认为这两个粒子可能就是希格斯玻色子。欧洲核子研究组织的所长说：“从一个外行人的角度来说，我们已经发现希格斯玻色子了；但从一个内行人的角度来说，我们
4、还需要更多的数据。”一旦将其它种类的紧凑子线圈相互作用纳入计算，这两个实验达到局部统计显著性5个标准差错误概率低于百万分之一。在新闻发布之前很长一段时间，两个团队彼此之间不能互通讯息，这样才能确保每一个团队得到的结果不会受到另一个团队的影响而发生任何偏差，这也可以让两个团队各自独立得到的研究结果可以彼此相互核对。欧洲核子研究组织表明，新发现的粒子与希格斯粒子相符，但是物理学者尚未明确地认定这粒子就是希格斯玻色子，仍旧需要更进一步搜集与分析数据才能够做定论。2013年3月14日，欧洲核子研究组织发布新闻稿表示，先前探测到的新粒子是希格斯玻色子。2013年3月14日，欧洲核子研究组织公开确认：紧凑
5、子线圈小组与超环面仪器小组已对这粒子所拥有的自旋、宇称可能会产生的状况仔细分析比较，这些都指向零自旋与偶宇称（符合标准模型的两个对于希格斯玻色子的基要判据）。这事实，再加上测量到的新粒子与其它粒子彼此之间的相互作用，强烈显示这就是希格斯玻色子。这也是第一个被发现的基本标量粒子。以下列出几个检试这125GeV粒子是否为希子的实验项目：玻色子：只有玻色子才能够衰变为两个光子。从实验已观察到这125GeV粒子能够衰变为两个光子，因此，这粒子是玻色子。零自旋：这可以从检验衰变模式证实。在初始发现之时，观察到125GeV粒子衰变为两个光子，根据对称性定律，可以排除自旋为1，剩下两个候选自旋为0或2。这决
6、定于衰变产物的运动轨道是否有嗜好方向，假若没有，则自旋为0，否则，自旋为2。2013年3月，125GeV粒子的自旋正式确认为0。偶宇称（正宇称）：从研究衰变产物运动轨道的角度，可以查得到底是偶宇称还是奇宇称。有些理论主张，可能存在有膺标量（pseudoscalar ）希子，这种粒子拥有奇宇称。2013年3月，125GeV粒子的宇称暂时确认为正宇称。排除零自旋奇宇称假说，置信水平超过99.9%。衰变道：标准模型已对希子的衰变模式给出详细预测，证实希格斯场可以与费米子相互作用。这意味着希格斯玻色子不只是衰变至传递作用力的玻色子，它还衰变至组成物质的费米子。对于这些模式，实验初始得到的分支比或衰变率
7、结果稍微高过预期值，意味着这粒子的物理行为可能更为怪异，但是，CMS团队领导约瑟英侃德拉（Joseph Incandela）认为，这分歧并不严峻。与质量相耦合：希格斯玻色子必须能够通过希格斯场与质量相耦合，也就是说，与W玻色子、Z玻色子相耦合，所涉及的耦合常数 cV=1 。从分析LHC实验得到的数据，CV在标准模型数值的 15%内，置信水平95%。根据希格斯机制，基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量。假若希格斯玻色子被证实存在，则希格斯场应该也存在，而希格斯机制也可被确认为基本无误。2022年10月，希格斯玻色子的质量分布测量结果为：3.2兆电子伏特。了解了希格斯粒子和其发现过程，我们还需要了解
8、什么是自发对称破缺。自发对称破缺是指在某些自然系统中，其系统具有一定的对称性，但在一些特殊的条件下，这种对称性会自发地被打破。这种现象产生的原因是系统处于某个不稳定的状态下，微观的随机扰动就足以引起变化，从而导致系统的对称性被破坏。我们可以举一个通俗经典的例子：水在冷却到一定温度以下，会从液态转变为冰态。但是，在液态状态下，水分子是没有固定方向的，因此它的状态具有旋转对称性。而在冰态下，由于水分子排列成了一个有序的晶格结构，因此它的状态丧失了旋转对称性。这种情况就是自发对称破缺，因为它是由于某些微观的随机扰动导致的。这一机制是南部阳一郎发现的，2008年10月7日南部阳一郎因为发现次原子物理的
9、对称性自发破缺机制而获得2008年度诺贝尔物理学奖 。在物理学的研究中，自发对称破缺是一个非常重要的概念，因为它涉及到很多重要的物理现象，如超导现象、磁畴的形成等等。可能大家会问，为什么会发生自发对称破缺？再通俗一点讲，这种自发对称破缺是不可避免的。为什么不可避免？以真空来说，真空不空。从真空可以诞生很多虚粒子，物理学上有一个词叫真空基态。也就是说，真空其实也是有能量的，最低能级的能量叫真空基态。而大自然似乎异常讨厌真空的存在，总会用一切办法阻止真空环境的出现。所以，真空环境非常不稳定，任何的“风吹草动”都会让真空发动扰动，产生量子场波动，从基态变成激发态。也就是说，真空不可能完全“空空荡荡”
10、。狄拉克把真空能态的这种分布情形称为“负能电子海”。狄拉克建立的相对论量子力学解决了电子自旋问题，证明了电子自旋是一种相对论效应，并在此基础上提出了真空负能海的概念，预言了正电子等反物质，真空负能海被卡西米尔效应等真空边界效应证明，反物质更不用说。而正是这种普遍的真空扰动，造成了系统的自发性破缺。科学家举了这样一个例子，帽子顶上有个球，此时这个系统【帽子和球的整体】处于对称的，球此时是引力势能最大的时候，显然是不稳的。就好像我们人站在平地上是稳的，站在针尖上是不稳的。就在这个时候，出现了扰动，可以想象成是能量的波动或激发，或者虚粒子的撞击，使得帽子顶部的球滑落下来了，这样就打破了原来系统的对称
11、性，所以叫自发对称破缺。其实你看到这里，就应该明白了，物理学的混乱，还是由于我们不清楚物理世界的规则。自发对称破缺，肯定有原因的，但我们对于这个原因还是不很明白。所以会有各种理论猜想，什么负量子海，反物质，虚粒子，虚粒子转变实粒子的跃迁条件等等假说。接下来开始说杨米尔斯场和希格斯场的特点以及其关系说明。首先有一个大的基点，那就是杨米尔斯场，相较于希格斯场理论是更基础的理论。因为希格斯场理论是建立在杨米尔斯场的基础之上的。这就是为什么说杨振宁也算是量子力学的“奠基人”之一。还有从理论建立时间来说，也是这样的。不过希格斯场基本是存在的，科学界是认可该理论的，因为希格斯粒子，已经被发现和证实了。而希
12、格斯粒子被认为是希格斯场的激发，那你能说希格斯场不存在吗？按这个逻辑来说肯定存在。但实验没有证实这一点，有没有例外，还真不好说。怎么给你解释呢？希格斯粒子不稳定，一出现就要衰变。那么希格斯场能稳定存在吗？万一只有希格斯机制，但没有希格斯场呢？或者说希格斯场会不会就是“杨米尔斯场的一种”？完全有这种可能，请大家保持开放的思维去思考。这个事情得从1950年开始说起，根据量子力学规范场论，为了满足定域规范对称性，必须引入传递基本力的规范玻色子。特别而言，传递电磁力的规范玻色子就是光子。当时有个问题，怎样才能够使得传递短程力的规范玻色子获得质量？最终物理学者在凝聚态物理学的超导理论里找到了重要暗示。1
13、950年，苏联物理学家维塔利金兹堡与列夫郎道提出金兹堡-朗道理论，他们建议，在超导体里，弥漫着一种特别的场，能够使得光子获得有效质量，但他们并没有明确地描述这特别场。1954年，杨振宁与罗伯特米尔斯试图将这关于电磁力的点子延伸至其他种基本力，他们提出了杨-米尔斯理论，但是规范场论预测规范玻色子的质量必须为零，而零质量玻色子传递的是类似电磁力的长程力，不适用于像弱核力或强核力一类的短程力。1957年，约翰巴丁、利昂库珀、约翰施里弗三人共同创建了BCS理论，他们认为，由电子组成的库珀对，形成了这特别场。规范对称性被这特别场隐藏起来，因此造成自发对称性破缺虽然对称性仍旧存在于描述这物理系统的方程，但
14、是方程的某种解并不具有这对称性。南部阳一郎于1960年将自发对称性破缺的概念引入粒子物理学。他建议，假定夸克与反夸克的质量为零，则生成它们的能量成本很低，如同电子们在超导体里凝聚为库珀对，它们会在真空里凝聚为夸克对，使得强相互作用的手征对称性被打破，夸克会因此获得质量。他又指出，在这机制里，还会出现一种新的零质量玻色子，即介子，由于上夸克、下夸克的质量不等于零，介子的实际质量不等于零，只是比其他种介子的质量都轻很多。1962年，杰福瑞戈德斯通提出戈德斯通定理，对于这类零质量玻色子的性质给予描述。根据这定理，当连续对称性被自发打破后必会生成一种零质量玻色子，称为戈德斯通玻色子。带质量粒子比较难制
15、成，粒子加速器必须使用很高的能量来碰撞制成带质量粒子。零质量粒子案例跟重质量粒子案例不同，零质量粒子很容易制成，或者可从缺失能量或动量推测其存在。然而，事实并非如此，物理学者无法做实验找到其存在的任何蛛丝马迹，这事实意味着整个理论可能有瑕疵。到了1964年，弗朗索瓦恩格勒和罗伯特布绕特领先于8月，紧接着，彼得希格斯于10月，随后，杰拉德古拉尼、卡尔哈庚和汤姆基博尔于11月，这三个研究小组分别独立地发表论文，宣布研究出相对论性模型。古拉尼于1965年、希格斯于1966年、基博尔于1967年，又分别更进一步发表论文探讨这模型的性质。这三篇1964年的论文共同表明，假若将局部规范不变性理论与自发对称
16、性破缺的概念以某种特别方式连结在一起，则规范玻色子必然会获得质量。1967年，史蒂文温伯格与阿卜杜勒萨拉姆各自独立地应用希格斯机制来打破电弱对称性，并且表述希格斯机制怎样能够并入稍后成为标准模型一部分的谢尔登格拉肖的电弱理论。温伯格指出，这过程应该也会使得费米子获得质量。1971年，荷兰物理学者马丁纽斯韦尔特曼与杰拉德特胡夫特发表了两篇论文，证明杨-米尔斯理论（一种非阿贝尔规范理论）可以被重整化，不论是对于零质量规范玻色子，还是对于带质量规范玻色子。自此以后，物理学者开始接受这些理论，正式将这些理论纳入主流。从这些理论孕育出的电弱理论与改善后的标准模型，正确地预测了弱中性流、W玻色子、Z玻色子
17、、顶夸克、粲夸克，并且准确地计算出其中一些粒子的性质与质量。很多在这领域给出重要贡献的物理学家后来都获得了诺贝尔物理学奖与其它享有声望的奖赏。发表于现代物理评论的一篇1974年文章表示，至今为止，这些理论推导出的答案符合实验结果，但是，这些理论到底是否正确仍旧无法确定。所以杨-米尔斯场描述了基本相互作用，如电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用。这些相互作用是粒子之间的力，它们使得粒子可以相互作用并交换能量。杨-米尔斯场可以被想象成是一种填充整个宇宙的场【也没有被实验证实，这是杨振宁没有因此理论获奖的原因】，它与所有基本粒子相互作用，使它们在空间中移动和相互作用。杨-米尔斯场是一种规范场，具有局
18、域规范对称性。这意味着无论在空间或时间上怎么变换，物理规律都应该保持不变。杨-米尔斯场与基本粒子的相互作用方式由规范势描述，这些势通常被称为规范玻色子。例如，电磁相互作用由光子介导，弱核力由W和Z玻色子介导，强核力由八个胶子介导。杨-米尔斯场被广泛接受并得到实验支持。其中最重要的一项实验是1973年贝尔实验室的J/介子发现，这个实验结果表明强相互作用可以通过杨-米尔斯场描述，并让杨-米尔斯场成为物理学中一个重要的理论框架。此外，杨-米尔斯场也成功地预测了W和Z玻色子的存在，这些粒子在1983年由欧洲核子研究组织（CERN）的UA1和UA2实验所探测到，这也是对杨-米尔斯场的进一步证实。目前，杨
19、-米尔斯场被广泛应用于凝聚态物理、原子核物理、高能物理等领域，并且是标准模型的核心之一。同样，希格斯场也可以被想象成是填充整个宇宙的一种物质，它与所有其他基本粒子相互作用，使它们获得了质量。这就是我在上文说，它两会不会是一种东西，或者一种东西的两面。虽然希格斯场和杨-米尔斯场都是描述基本粒子和相互作用的场，但它们有不同的功能。希格斯场是质量的起源，是粒子场，它与所有基本粒子相互作用并使它们获得了质量。杨-米尔斯场则描述了基本相互作用的力，是作用力场，它们使得粒子可以相互作用并交换能量。研究希格斯场和杨-米尔斯场的关系和联系，可以帮助我们更好地理解宇宙的本质和基本粒子的行为。此外，这些研究还可以
20、促进我们对新物理学的探索，包括暗物质和量子引力等领域的研究。总之，希格斯场和杨-米尔斯场是现代粒子物理学中非常重要的概念，它们对我们理解宇宙的本质和基本粒子的行为至关重要。通过对它们的研究，我们可以促进新物理学的发展，并为未来的科学研究提供更深入的认识。杨米尔斯场和希格斯场的联系，及共同点是什么？杨-米尔斯场和希格斯场都是标准模型的一部分，描述基本粒子的行为。它们具有相似之处，即都是量子场，用于解释基本粒子的性质和相互作用。杨-米尔斯场描述了基本粒子之间的相互作用，其中电磁力、弱核力和强核力均由场质子介导。而希格斯场则解释了基本粒子获得质量的机制，包括W和Z玻色子等粒子获得质量。在标准模型中，
21、杨-米尔斯场和希格斯场是紧密联系的。杨-米尔斯场是一个规范对称性理论，而希格斯场被用来打破这个对称性。希格斯场与粒子的耦合常数不同，在杨-米尔斯场中通过调整希格斯场与粒子的耦合常数实现了基本粒子获得质量的机制。杨-米尔斯场是描述基本粒子间相互作用的理论，它包括电磁场、弱核力场和强核力场。与希格斯场不同，杨-米尔斯场没有直接涉及基本粒子的质量，但是可以解释许多其他基本粒子现象，例如荷质比、光子的无质量等。因此，杨-米尔斯场和希格斯场相辅相成，一起构成了标准模型的基础，解释了基本粒子的性质和相互作用。结尾我讲讲延伸知识，能量和质量是两个概念，能量和质量又能相互转化。我们说光子无质量，但你听过有人说
22、光子无能量吗？光本身就是能量，怎么会无能量呢？既然有能量，能量可以转化质量，为什么说光子无质量呢？所以爱因斯坦为了化解这个矛盾，就说光子无静止质量。可是其实这个矛盾无法化解，因为光子无论静止还是非静止状态下，都是有能量的。难道我们要加一条，光子也无静止能量的认识吗？事实上，在现实世界里，没有静止的东西，光更不可能是静止的。所以光子无静止质量也说不通。有质量就有能量，有能量就有质量。在物理学里，有这样一句话，大家在学习相对论时应该都听过：“时空告诉物质如何运动，物质告诉时空如何弯曲。”这句话不需要翻译，大家都能懂。但这句话可以做一个变动，变为这样：能量告诉物质如何运动，物质告诉能量如何弯曲。而大
23、家知道，能量和质量是一体两面的东西，那么时空和物质也是一个东西。这个观点大家赞同吗？如此，再把引力拿出来，你思考一下。在牛顿那里，引力和物质的质量及距离有关。爱因斯坦这里，说引力和质量没有关系，引力是时空弯曲的效应。可是时空和物质是一个东西呀，大家明白了吗？时空是物质的时空，是有质量的时空。所以牛顿和爱因斯坦的引力本质上还是一个东西。不同的是什么？是时空观！一个是静止的，一个是变化的；一个是低速的，一个是高速的。矛盾有没有？太多了，如果爱因斯坦的引力不是力，是一种效应，那现在标准模型把引力作为四种基本力之一，合理吗？引力是时空效应的话，引力场还存在吗？而现在引力场是相对论物理学的基本概念之一，
24、是相对论的概念，不是牛顿的引力的概念。所以引力不能描述为时空弯曲的效应，应该描述为时空的作用，引力场的作用，即时空使得物体具有引力。且引力传播速度是光速，不是超距作用 。为什么要延伸这个认识，就是因为希格斯机制赋予粒子质量，从而构建了宇宙世界。而物质质量，与引力，与惯性等息息相关。在引力场中的物质，都互相受到引力作用的影响。而我在变化和见微知著中，又反复提到引力使得物体具有惯性。那么我现在问自己，希格斯机制或者杨米尔斯场和惯性有关系吗？上文咱们说了，希格斯机制赋予粒子质量，引力与质量有关，自然希格斯机制也与惯性有关。杨米尔斯场是用来描述粒子之间的作用力的，粒子之间的作用力，自然包括引力，所以杨
25、米尔斯场与惯性也有间接关系。希格斯粒子发现至今正好10周年，显然希格斯粒子的发现，是物理学界的大事，也是人类史上的大事件。它预示着物理学还有很长很长的路要走，太多的未知，在等待我们去探索。摘自独立学者，作家，艺术家灵遁者书籍见微知著灵遁者【lingdunzhe】，独立学者。男，1988年出生于陕西省榆林市绥德县，原名王银，现居西安。作家，艺术家，国学起名师。2008年开始创作，开始发表作品，毕业于西安外事学院外国语院。灵遁者作品在灵遁者淘宝有。主要代表作品有灵遁者科普四部曲，四部曲包含变化、见微知著、探索生命、重构世界。科普四部曲从物理探索到哲学探索，是灵遁者思想递进的呈现，耗时10年，是灵遁者热读书籍。其长篇小说作品有伟大的秘密以及其他作品相观天下、手诊面诊色诊大观园、笔有千钧、非线性波动、空瓶子、从今往后、我的世界、朴易天下、很白很白的云等。座右铭：生命在于运动，更在于探索。其作品朴实大胆，富有新意，深受读者喜爱。
