照鏡子會發(fā)現(xiàn)身體左側(cè)和右側(cè)幾乎一樣，這叫對稱不僅可以在自然界中看到，更根本的是，對稱性似乎被寫在了宇宙的藍(lán)圖中比如量子力學(xué)中的對稱性導(dǎo)致了三種基本的自然力:電磁力，弱力和強(qiáng)力雖然對稱很重要，但打破對稱也很重要如果沒有這些破碎的對稱，我們就不會有一個(gè)熟悉的宇宙，也就不會有我們所知道的生命

在物理學(xué)中，對稱性意味著粒子的性質(zhì)在變換后不會改變最簡單的例子就是，無論你是在地球表面，還是在中國的空間站，物理定律都是一樣的，這就是空間平移的對稱性或者說今天的物理定律和一百年前是一樣的，這就是時(shí)間平移的對稱性這種對稱性向我們展示了構(gòu)建宇宙有一些簡單的規(guī)則，但它有時(shí)會打破其中的一些規(guī)則

對稱性破缺:基本粒子的質(zhì)量

如下圖所示，它描繪了物理學(xué)中的能量勢能左右兩側(cè)有兩個(gè)最小值，中間有一個(gè)局部最大值如果我們沿著中心垂直放置一面鏡子，兩面是對稱的現(xiàn)在，如果我讓你在不破壞球的對稱性的情況下放一個(gè)球，你會把它放在哪里只有一個(gè)選擇，就是盡量放在中間如果球稍微受到擾動(dòng)，滑向一邊，對稱性就會被打破事實(shí)上，這是希格斯機(jī)制賦予基本粒子質(zhì)量的直觀表示有些基本粒子不在中心，而是在希格斯場的非零勢中，破壞了對稱性

為什么質(zhì)量只能用對稱破缺來解釋質(zhì)量問題是標(biāo)準(zhǔn)模型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，其核心有U，SU ，SU 三種對稱，每一種對稱都與自然界的基本力有關(guān)，分別是電磁力，弱力和強(qiáng)力換句話說，這些對稱性導(dǎo)致了四種基本力中的三種這些構(gòu)成了我們宇宙的基礎(chǔ)沒有它們，就沒有原子核，原子，化學(xué)，任何結(jié)構(gòu)，當(dāng)然也就沒有我們所知的生命

這些力是由攜帶力的粒子介導(dǎo)的，即電磁力中的光子，弱力中的W和Z玻色子，強(qiáng)力中的膠子現(xiàn)在問題來了根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模型的方程式，這些粒子一定都沒有質(zhì)量這是方程對稱性的要求它給了我們無質(zhì)量玻色子，而不是大質(zhì)量玻色子這也包括希格斯玻色子，根據(jù)方程，它也必須是無質(zhì)量的

這顯然不符合實(shí)際，因?yàn)槊枋鋈趿Φ睦碚撝挥性赪和Z玻色子有質(zhì)量的情況下才成立這與弱力的作用范圍非常有限有關(guān)如果這兩個(gè)粒子沒有質(zhì)量，那么它的作用范圍就會變得無限大那么這些基本粒子的質(zhì)量是如何產(chǎn)生的呢質(zhì)量的出現(xiàn)是由于希格斯機(jī)制，這是對稱性破缺的結(jié)果

希格斯場的期望值不為零，與希格斯場相互作用的基本粒子在這個(gè)非零勢下會得到一個(gè)靜止質(zhì)量所有與標(biāo)準(zhǔn)模型的粒子相關(guān)的質(zhì)量都是由于它們與希格斯場相互作用的事實(shí)不與希格斯場相互作用的粒子仍然是無質(zhì)量的，就像無質(zhì)量光子一樣

對稱性破缺:原子質(zhì)量

其實(shí)所有的質(zhì)量都是對稱性破缺導(dǎo)致的，不僅僅是基本粒子的質(zhì)量希格斯場無法解釋宇宙中的大部分質(zhì)量中子和質(zhì)子幾乎占整個(gè)原子的質(zhì)量，它們的質(zhì)量來自夸克和核子的結(jié)合能換句話說，它來自與強(qiáng)力相關(guān)的膠子相互作用

如果把組成一個(gè)原子的所有基本粒子的質(zhì)量加起來，也只占原子質(zhì)量的1%左右由于強(qiáng)力，99%的質(zhì)量來自結(jié)合能現(xiàn)在的問題是，什么樣的對稱破缺解釋了這種對稱破缺已經(jīng)證明，標(biāo)準(zhǔn)模型中除了給我們?nèi)齻€(gè)基本力的規(guī)范對稱之外，還有其他對稱，比如手征對稱手征對稱理論也處理左手粒子和右手粒子例如，如果我們在任何反應(yīng)中用右手粒子交換左手粒子，結(jié)果什么也不會改變

考慮一個(gè)質(zhì)量為2.3MeV的左手夸克，以及這個(gè)夸克的反粒子，它是右手的當(dāng)這兩種夸克結(jié)合時(shí)，這種結(jié)合稱為介子如果對旋向性一視同仁，這種介子將以大約為零的凈能量湮滅換句話說，夸克反夸克對的結(jié)合將導(dǎo)致零質(zhì)量但如果手征對稱性被破壞，它們就不會被同等對待，凈能量也不為零

事實(shí)上，當(dāng)這兩個(gè)粒子被膠子束縛在一起時(shí)，質(zhì)量會發(fā)生一些顯著的變化如果把夸克的質(zhì)量加在一起，就不是4.6兆電子伏，而是高達(dá)135到140兆電子伏這種質(zhì)量上的提升從何而來這是由于手征對稱性的破壞

當(dāng)夸克被膠子交換強(qiáng)烈限制時(shí)，手征對稱性就會被打破膠子在夸克周圍形成一團(tuán)云來限制夸克，并產(chǎn)生一種結(jié)合能，這種結(jié)合能被測量為介子的質(zhì)量同樣的事情也發(fā)生在質(zhì)子和中子內(nèi)部