曾育盼-粒子物理学习感想

《粒子物理》学习感想粒子物理：曾育盼16212299我导师是研究暗物质理论的张宏浩老师，也是《粒子物理》任课老师。粒子物理是我们通往理论粒子物理研究的必由之路。学习粒子物理让我对粒子物理有了一个整体的大概把握，为量子场论的学习提供了框架性的感性认识。记得刚来中山大学上研究生时，对粒子物理只有初浅的认识和好奇的憧憬，见到一些很基本的知识也会觉得很神奇。虽然之前也听说过夸克有颜色和和味道，但是当听到老师讲：“夸克带有色荷，就像电子带有电荷”，我还是天真地问：“那有没有像库仑定律一样的描述强相互作用的定律呢”，得到的答案自然是否定的。其实库仑定律也只是低能下的近似而已，而且两个带电粒子之间的相互作用也不是像我之前想的那样是单纯的通过场来相吸或相斥；带电粒子间的相互作用是通过交换虚粒子来实现的。从这个角度来看，“电子为什么不掉进质子里”这种问题就没有那么令人困惑了。至于夸克，实验上没有见到单独的夸克，自然没有夸克间相互作用的经验公式，而且它带有三种颜色，就算是近似的公式应该也会很复杂。当然，夸克渐近自由的性质也是很神奇的。粒子物理中另一重要的内容是对称。根据诺特定律，每一不变的连续性对称变换对应着一守恒量。对称对应着守恒量，对称破缺却能产生质量，正反粒子的不对称还是现今宇宙产生的前提。场的时空平移变换不变性对应着能量动量守恒，而洛伦兹变换不变性对应着角动量守恒。角动量分轨道角动量与内部空间的自旋角动量，场根据自旋又可以分为标量场、矢量场、旋量场。量子场论主要研究这三种场的性质，除了场本身的性质，场之间还有相互作用，场之间的相互作用用场之间的耦合来描述。场的整体规范不变性对应着守恒量如电荷等，这时变换不涉及坐标。定域规范不变性，变换与坐标相关，考虑洛伦兹变换也与坐标相关，定域规范不变性可以引入场与场的耦合就自然多了。当然，更重要的是定域规范不变性和对称破缺的结合给出了希格斯机制，解释了质量的来源。除了连续变换对称性，还有分立变换对称性。最常见的三种分立变换分别是电荷共轭变换、空间反射变换和时间反演变换。电荷共轭变换的破坏，即正反粒子的不对称性，使得宇宙中的正反粒子不致全部湮灭，剩下的正物质得以构成今天丰富多彩的宇宙。时间反演变换的破缺则使时间之箭一往直前成为了可能。时间的单向性让人觉得不可思议，但如果时间是双向的也会让人觉得不可想象。空间反射变换看起来没什么，但粒子的手征性不对称也是物理中的未解之迷。更神奇的是这三者的联合变换却是严格守恒的。粒子物理中还有很多奇妙的东西，如弥漫整个宇宙的场、场的激发产生粒子、粒子的产生湮灭散射等、以及超对称中玻色子与费米子的对称和弦论中的十维宇宙等。期待进一步的学习可以对粒子世界有更深入的了解。