为了解释自旋统计的特点，就只好找新的自由度，它应该是全反对称的，这就是颜色自由度（胶子）发现的一个过程之一

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从QCD看粒子物理说什么(2010-05-08 10:09:48)
转载标签： 粒子物理 分类： 数理
粒子物理要回答：宇宙中存在什么粒子及它们如何相互作用的问题。现在人们知道自然界中有四中相互作用：强、弱、电磁、引力。也有段时间有人说有第五种力的存在，就是所谓的以重子数为守恒荷的力，认为这样的力与重子数起源问题密切相关。但是就目前的实验事实而言，不存在也不需要存在这样的力。


我们描述这些相互作用的模型是一些满足特殊对称性的量子场的拉格朗日函数。经典力学中，牛顿形式，拉格朗日形式，哈密顿正则形式是等价的描述。在量子场论中，同样是由拉格朗日函数得到正确的场方程（运动方程），而这个运动方程在变分时是主极大（即它是稳定的，描述的即是真实的运动）。反过来，根据运动方程，可以判断作用量在对称性下不变会诱导出守恒流和守恒荷。这个对称性用以描述粒子（即用以表示粒子），对称性可以理解为用表示矩阵来描述，也可以理解为以算符来描写，当然是要满足一定条件的算符，算符描述无穷小的变化，其余的变化都可以由这些算符来实现。量子场论描述无穷自由度的点粒子的微扰论的相互作用，这个特征给人们带来很多麻烦，主要来源于对同一点场算符的积分会有发散。


下面我们通过QCD来简述构造一个粒子物理模型需要注意的事项：


描述QCD的颜色SU(3)规范对称的拉氏量是没有破缺的，与之相应的规范粒子（胶子）因此没有质量，但是实验上没有发现除了光子以外的零质量的规范玻色子，因此胶子必然被某种机制禁闭起来了（色禁闭），这与渐进自由的性质密切相关，属于非微扰的效应，目前的解决方式是格点理论。


如果胶子处于色禁闭状态，那么显然我们不是从实验上发现它的存在的，我们只是发现了夸克的味道多重态，其中有一些多重态的自旋波函数和味道波函数都是全对称的，那么为了解释自旋统计的特点，就只好找新的自由度，它应该是全反对称的，这就是颜色自由度（胶子）发现的一个过程之一。