在这篇文章中|最成功的物理学理论之一——标准模型，帮助我们认识世界的本质( 二 )

【在这篇文章中|最成功的物理学理论之一——标准模型，帮助我们认识世界的本质】物理理论的对称性是如何与电荷等守恒量紧密相连的？通常情况下，一个物理理论都有一个相关的对称群。例如，在量子电动力学（支配电磁力的理论）中，我们有一个被数学家称为"U（1）对称"的对称结构，由光子介导。
其他理论，以及因此而提出的对称群，以某种方式统一了弱、强和电磁相互作用。一个例子是杨-米尔斯理论，一个非阿贝尔对称群。它目前被用于标准模型，但在当时，它所预测的中介粒子还没有被发现，所以科学界否定了这个理论。
缺乏一个统一的对称群是一个问题。在20世纪50年代，发现了这么多粒子，但不知道哪些粒子是基本粒子，哪些不是。然而，在1961年，

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介子的八隅体
八重法是一种方法，根据称为"SU(3)"的对称群的表征，系统地组织不同的粒子。一个对称群的表征是一组遵守基本对称规则的数学对象。例如，为了表示旋转群，我可以给你一个角度，让你在0到360度之间旋转一个圆。在这种情况下，我用一个数字表示旋转群。这将是旋转组的一维表示。然而，我也可以用表示旋转的2×2矩阵来表示它，这将是一个二维的表示。
有一个想法，即通过将粒子组织成群组的代表来给粒子增加一些结构。像SU(3)这样的群的表征可以被看作是网格上的一个格子，其中X轴是一个守恒量， Y轴是另一个守恒量。中子和质子是一个单一多重态的两个状态，是SU（3）的8维表示法的一部分。这在下面的奇异性和电荷的图表中表示出来。八个维度中的每一个都预测或与粒子的存在相一致。

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还有一个10维的SU(3)表示法， Ω-粒子还没有被发现，但从格子图中，盖尔曼预测了它的存在，然后在不久之后发现了它。然后，在1964年，盖尔曼等再次提出了夸克的想法。在数学中，对称群有一个"内在的"表示，称为基本表示。 SU(3)的基本表示是三维的，这促使人们产生了夸克的想法，因为三个夸克组成一个强子。最初的夸克是上、下和奇异夸克。
由于数学上的原因，除非有另一个守恒量，否则10表示法、奇异性、夸克和费米子的存在是不可能的。 1964年格林伯格和1965年南部和韩提出了颜色的概念来解决这个问题。 1967年，深度非弹性散射给出了第一个证据，证明质子和中子内部有东西。然后人们开始认真对待夸克的想法。
对称性破缺?
解释粒子具有质量的最佳机制—自发对称性破缺，如何理解负质量？?
这些发展都是好的，但没有人能够解释为什么粒子有质量。要做到这一点，他们需要额外的数学机制。早在1961年，南部、戈德斯通、萨拉姆和温伯格就提出了对称性破缺的想法。南部从超导中得到了对称性破缺的想法。对称性破缺是指在某些条件下，如较低的温度，场方程的解坍缩成一种状态，这种状态不一定保持理论本身的原始对称。
戈德斯通意识到，当把一个对称性分解成一个更小的对称群时，一个粒子应该是无质量的，另一个是有质量的。
这就是为什么粒子可能有质量背后的机制，在1964年，希格斯机制被发现。希格斯机制是一种对称性破缺，是解释标准模型中质量的模型。希格斯机制还预测了一个新粒子的必要存在，即2013年发现的希格斯玻色子。