[论文解读] The Standard Model

M. J. Herrero|arXiv (Cornell University)|Dec 3, 1998

Quantum and Classical Electrodynamics被引用 115

一句话总结

本文为粒子物理标准模型提供了基础性介绍，重点阐述其规范对称性结构 $SU(3)_C \times SU(2)_L \times U(1)_Y$。它解释了电磁力、弱力和强力如何从这一规范群统一而来，其中希格斯机制为规范玻色子和费米子提供质量，构成电弱统一与量子色动力学的基石。

ABSTRACT

These lectures provide an introduction to the basic aspects of the Standard Model, $SU(3)_{C} imes SU(2)_{L} imes U(1)_{Y}$.

研究动机与目标

• 为初学者和量子场论领域的研究人员提供一份全面但易懂的标准模型入门介绍。
• 阐明规范群 $SU(3)_C \times SU(2)_L \times U(1)_Y$ 在统一强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用中的作用。
• 解释通过自发对称性破缺，规范玻色子和费米子如何获得质量的机制。
• 建立电弱统一与量子色动力学的理论框架。

提出的方法

• 利用局部规范场论的形式体系推导标准模型场的动力学。
• 应用希格斯机制，将 $SU(2)_L \times U(1)_Y$ 对称性自发破缺至 $U(1)_{\text{em}}$，从而赋予 $W^\pm$ 和 $Z^0$ 玻色子质量。
• 引入希格斯双生标量场及其与费米子和规范玻色子的相互作用拉格朗日量。
• 演示对费米子和规范玻色子的超荷与弱同位旋量子数的分配。
• 构建电弱对称性破缺后负责费米子质量生成的完整 Yukawa 相互作用项。
• 阐明色荷与 $SU(3)_C$ 规范对称性在量子色动力学（QCD）中的作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 规范群 $SU(3)_C \times SU(2)_L \times U(1)_Y$ 如何统一强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用？
• RQ2 在保持规范不变性的前提下，规范玻色子通过何种机制获得质量？
• RQ3 在标准模型中，通过自发对称性破缺，费米子的质量是如何生成的？
• RQ4 希格斯双生标量场在介导相互作用和破缺电弱对称性中起什么作用？
• RQ5 超荷与弱同位旋的量子数如何决定标准模型拉格朗日量的结构？

主要发现

• 标准模型基于规范群 $SU(3)_C \times SU(2)_L \times U(1)_Y$，该群统一了强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用。
• 通过希格斯机制实现的自发对称性破缺，使 $W^\pm$ 和 $Z^0$ 玻色子获得质量，同时保持规范不变性。
• 费米子通过与希格斯场的 Yukawa 耦合获得质量，耦合强度决定了费米子的质量。
• 光子保持无质量，因为其作为对称性未破缺的 $U(1)_{\text{em}}$ 规范玻色子。
• 希格斯 boson 是一种具有自旋为零和正宇称的物理标量粒子，由希格斯机制所预言。
• 该理论成功地在量子场论框架内描述了所有已知基本粒子及其相互作用。