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第五百八十五章 非阿贝尔规范场论－杨－米尔斯理论量子力学（第2页）

杨振宁说：“那我们就是没有很好的理解强子这个东西。”

1954年，两个人的神功没有练成。

1964年，盖尔曼和茨威格提出夸克的结构，最终描述强力的理论称之为量子色动力学（QCD）。

夸克有六种（上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克），每一种夸克也称为一味，质子和中子之间的微小质量差异是就是因为上夸克和下夸克的质量不同。另外，每一味夸克都有三种色（红、绿、蓝），比如上夸克就有红上夸克、绿上夸克和蓝上夸克，这不同色的同种夸克之间质量是完全相等的，这是一种完全精确的对称，这种色对称最后决定了强相互作用。

1967年，后来有温伯格根据SU（2）×U（1）练就了弱电统一理论，这却也是对称的，于是，他们索性不去单独建立描述弱力的理论了，转而直接去建立统一弱力和电磁力的弱电统一理论。而最后在弱电相互作用中真正起作用的是（弱）同位旋——超荷这个东西。

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泡利心里觉得这里产生了灾难，就是关于质量的问题，泡利对杨振宁说：“玻色子是专递作用力的，局域规范对称场也需要有玻色子这个东西传递作用力，但规范场之间力的传递需要跑无限远的质量为零的玻色子。”

杨振宁思索着泡利的话，毕竟自己也是在1941年看到泡利文章后，自己才入坑对规范场论感兴趣的。杨振宁认为规范场就是完全诠释了“对称决定相互作用”的完美代表，那么还有什么比基于规范不变性这种深刻对称的杨-米尔斯理论更能描绘上帝的思想呢？

泡利继续说：“那局域规范对称性要求规范玻色子是零质量的，但是强力、弱力的短程力事实似乎要求对应的规范玻色子必须是有质量的，怎么办？你知道吗？我不想研究这个问题了，”

杨振宁想要坚持到底！

成功描述强力的量子色动力学的核心就是夸克模型+杨-米尔斯理论。在杨-米尔斯理论这同一个框架下描述电磁力、强力和弱力，这是物理学的伟大胜利。但杨-米尔斯理论不等于标准模型，没有夸克模型你拿着理论也不知道怎么用，它是一个数学框架。

传递相互作用的粒子都叫规范玻色子，每一个群都有跟他对应的规范玻色子，只要你把这个群确定了，这些规范玻色子的性质就完全确定了。比如在U（1）群里，规范玻色子就只有一个，那就是光子；在SU（3）群里，理论计算它的规范玻色子不多不少就是8个，然后实验物理学家就根据这个去找，然后真的就找到了8种胶子。

杨振宁首先解决第一个问题，在描述强力的量子色动力学里，我们注意到传递夸克间作用力的胶子本来就是零质量的，零质量跟规范对称性是相容的。那但是，如果这样的话，零质量的玻色子应该对应长程力啊，为什么强力是短程力（只在原子核里有效）呢？

后来发现了渐进自由。渐近自由是夸克之间的距离很远的时候，它们之间的作用力非常大，一副谁也不能把它们分开的架势，但是一旦真的让它们在一起了，距离很近了，它们之间的相互作用力就变得非常弱了，好像对面这个夸克跟它没任何关系似的，活脱脱的一对夸克小情侣。这样在量子色动力学里，零质量的规范玻色子就和强力的短程力没有冲突了。

下一个问题就是，渐近自由解释了为什么胶子是零质量但是强力确是短程力，那么传递弱力的W和Z玻色子可是有质量的。有质量的话短程力是好解释了，但是我们上面说有质量的规范玻色子会破坏规范对称性，这规范对称性可是杨-米尔斯理论的根基啊，它被破坏了那还怎么玩？

希格斯提出了希格斯机制。希格斯机制是来打圆场的：你杨-米尔斯理论要求规范玻色子是零质量的，但是最后我们测量到W和Z玻色子是有质量的，怎么办呢？简单，我认为W和Z这些传递弱力的规范玻色子一出生的时候是零质量的，但是它来到这个世界之后慢慢由于某种原因获得了质量，也就是说它们的质量不是天生的而是后天赋予的，这样就既不与杨-米尔斯理论相冲突，也不跟实际测量相冲突了。

所以，希格斯机制其实就是赋予粒子质量的机制。它认为我们的宇宙中到处都充满了希格斯场，粒子如果不跟希格斯场发生作用，它的质量就是零（比如光子、胶子），如果粒子跟希格斯场发生作用，那么它就有质量，发生的作用越强，得到的质量就越大（需要说明的是，并不是所有的质量都来自于粒子和希格斯场的相互作用，还有一部分来自粒子间的相互作用）。

2012年7月，科学家终于在大型强子对撞机（LHC）中找到了希格斯粒子，为这段故事画上了一个圆满的句号，也理所当然地预约了2013年的诺贝尔物理学奖。

之后在霍夫特完成了非阿贝尔规范场的重整化（重整化简单的说就是让理论能算出有意义的数值，而不是无穷大这种没意义的结果，这是点粒子模型经常会出现的问题。举个最简单的例子，我们都知道电荷越近，它们之间的电磁力越大，那么当电荷的距离趋近于零的时候，难道电磁力要变成无穷大么？这个当做思考题~）之后，粒子物理标准模型就完全可以使用了。

杨-米尔斯理论涉及的东西实在是太多了，对称性和守恒律、规范场、非阿贝尔群、标准模型，最后带来的果实有希格斯机制、渐近自由、夸克禁闭、自发对称破缺、规范场的重整化。

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