电磁相互作用就是质子和中子同位旋对称破缺外因或同位旋破缺的机制

对称的破缺和对称性自发破缺 ——解读2008年诺贝尔物理学奖之（六） 自然界存在着众多的对称现象，但是也有许许多多不对称的现象和事物，事实上我们观察到的不对称远超过对称。那么对称性的普遍意义到底在哪里呢？如果我们把不对称看成是对称的破缺，问题就可以解决了。 任何不对称实际上都是因为对称的破坏或破缺而造成的。而且，如果我们对看上去不对称的图形或事物仔细观察，会发现它们之中的大多数并非绝对地不对称，而是对称性程度低一些罢了。譬如，把一个圆去掉一半，它不再具有圆的对称性，但还具有半圆的左右对称性。　　 扬振宁在他的《基本粒子简史》一书中说过：“不对称很少仅仅是由于对称的不存在。”所以我们若能认真地研究各种对称以及这种对称的破缺机制，那么不对称的现象就能通过对称性研究而得到说明。　 总的来说，对称破缺的机制有两大类。一类是外因导致的对称破缺，另一类是内因导致的对称破缺，或称为对称性自发破缺。 例如，前文（解读2008年诺贝尔物理学奖之三）提及质子和中子在强相互作用下具有同位旋对称，也就是说在强相互作用下可以把质子和中子看成同一个粒子——核子的不同同位旋态。然而，质子和中子毕竟不是同一种粒子，它们的质量尽管很接近，但终究是不同的（质子质量为938。28Mev，中子质量为939。57 Mev），或者说质子和中子并不具有严格的同位旋对称，原因是质子和中子之间除了有强相互作用外还具有电磁相互作用。电磁相互作用就是质子和中子同位旋对称破缺外因或同位旋破缺的机制。 因为电磁相互作用的强度只有强相互作用强度的1/137，所以在只研究质子和中子的强相互作用时可以忽略电磁相互作用的影响，仍可把质子和中子都作为核子来处理。所谓对称性自发破缺是指在一个物理系统中，描述整个系统动力学状态的拉氏量具有某种对称性，而基态却不具有这样的对称性。通俗地说，是描述系统的数学形式具有对称性，而物理结果却不具有对称性。 对称性自发破缺的概念早期出现在凝聚态物理中，超导现象就是对称性自发破缺。今年诺贝尔物理学奖得主南部阳一郎曾经从事超导现象的理论研究。他在1960年开始把描述超导现象的对称性自发破缺应用于研究亚原子世界的量子场论。 亚原子物理中对称性自发破缺机制的发现，对于解释物质质量的起源和宇宙中反物质远少于物质的事实（此事实保证了我们人类的存在），起到了关键作用。