希格斯機制
标准模型中的质量生成机制 / 維基百科,自由的 encyclopedia
在標準模型裏,希格斯機制(英語:Higgs mechanism)是一種生成質量的機制,能夠使基本粒子獲得質量。為什麼費米子、W玻色子、Z玻色子具有質量,而光子、膠子的質量為零?[1]:361-368希格斯機制可以解釋這問題。希格斯機制應用自發對稱性破缺來賦予規範玻色子質量。在所有可以賦予規範玻色子質量,而同時又遵守規範理論的可能機制中,這是最簡單的機制。[1]:378-381根據希格斯機制,希格斯場遍佈於宇宙,有些基本粒子因為與希格斯場之間交互作用而獲得質量。
更仔細地解釋,在規範場論裏,為了滿足局域規範不變性,必須設定規範玻色子的質量為零。由於希格斯場的真空期望值不等於零,[註 1]造成自發對稱性破缺,因此規範玻色子會獲得質量,同時生成一種零質量玻色子,稱為戈德斯通玻色子,而希格斯玻色子則是伴隨著希格斯場的粒子,是希格斯場的振動。通過選擇適當的規範,戈德斯通玻色子會被抵銷,只存留帶質量希格斯玻色子與帶質量規範向量場。[註 2][1]:378-381
費米子也是因為與希格斯場相互作用而獲得質量,但它們獲得質量的方式不同於W玻色子、Z玻色子的方式。在規範場論裏,為了滿足局域規範不變性,必須設定費米子的質量為零。通過湯川耦合,費米子也可以因為自發對稱性破缺而獲得質量。[3]:689ff
本條目的數學表述內容需要讀者了解一些量子場論的知識。所有方程式都遵守愛因斯坦求合約定。按照粒子物理學慣例,採用CGS單位制為物理量的單位,並且設定光速與約化普朗克常數的數值為。