[论文解读] Gauge theory of phase and scale

Marek Pawłowski|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 1998

Elasticity and Material Modeling被引用 4

一句话总结

本文在规范场论框架内，提出将外尔的标度规范对称性与因菲尔德-范德瓦耳登相位规范对称性统一起来，主张温伯格-萨拉姆模型中的U(1)规范对称性自然源于IW相位规范对称性。该文认为，将外尔的标度规范理论纳入标准模型不会与实验相矛盾，反而可丰富标准模型，预测出诸如标度依赖的耦合常数和修改的希格斯 sector 动力学等新现象。

ABSTRACT

The old Weyl's idea of scale recalibration freedom and the Infeld and van der Waerden (IW) ideas concerning geometrical interpretation of the natural spinor phase gauge symmetry are discussed in the context of moderm models of fundamental particle interactions. It is argued that IW gauge symmetry can be naturaly identified with U(1) symmetry of Weinberg-Salam model. It is also argued that there are no serious reasons to reject Weyl's gauge theory from the considerations. Its inclusion enriches the original Weinberg-Salam theory and leads to predictions of new phenomena that do not contradict experiments.

研究动机与目标

• 将外尔最初的标度规范理论与现代粒子物理模型相协调。
• 研究因菲尔德-范德瓦耳登（IW）相位规范对称性在基本相互作用背景下的物理意义。
• 评估外尔的标度规范理论是否可一致地融入标准模型框架。
• 探索这种统一是否能导致超出标准模型的可检验预测。
• 论证温伯格-萨拉姆模型中的U(1)规范对称性自然等同于IW相位规范对称性。

提出的方法

• 分析旋量场论中因菲尔德-范德瓦耳登相位规范对称性的几何与代数结构。
• 将温伯格-萨拉姆模型的U(1)规范对称性与IW相位规范对称性进行比较，识别其在旋量场背景下的等价性。
• 将标准模型的拉格朗日量扩展以包含局域标度对称性（外尔不变性），引入补偿标度规范场。
• 将规范不变性原理应用于相位与标度自由度，构建统一的规范理论。
• 推导旋量场与规范场在相位与标度联合变换下的变换规律。
• 研究标度对称性的物理后果，包括标度依赖的耦合常数与修改的希格斯机制的可能性。

实验结果

研究问题

• RQ1 温伯格-萨拉姆模型中的U(1)规范对称性是否能自然地等同于因菲尔德-范德瓦耳登相位规范对称性？
• RQ2 在标准模型中引入外尔的标度规范对称性会产生哪些物理后果？
• RQ3 标度不变性的引入是否导致新的、实验上可行的预测？
• RQ4 相位与标度规范对称性如何在场论框架中一致地统一？
• RQ5 是否存在理论或现象学上的理由，应排斥外尔的标度规范理论而选择标准模型？

主要发现

• 温伯格-萨拉姆模型中的U(1)规范对称性自然等同于旋量场的因菲尔德-范德瓦耳登相位规范对称性。
• 外尔的标度规范理论未被实验约束所排除，且可一致地嵌入标准模型框架。
• 引入标度规范对称性通过引入新的动力学自由度与标度依赖的耦合常数，丰富了标准模型。
• 该理论预测了新现象，如标度依赖的希格斯自耦合以及修改的电弱对称性自发破缺模式。
• 将标准模型扩展为局域标度不变性不存在根本障碍，且所得理论仍具有现象学可行性。
• 相位与标度的统一规范理论为相位对称性与希格斯机制提供了几何解释，二者均可通过规范联络来描述。