手徵對稱性破缺

在粒子物理學裏 ， 手徵對稱性破缺 （ chiral symmetry breaking ） 指的是強相互作用的手徵對稱性被自發打破 ， 是一種自發對稱性破缺 。 假若夸克的質量爲零 （ 這是手徵性 （ chirality ） 極限 ） ， 則手徵對稱性成立 。 但是 ， 夸克的實際質量不爲零 ， 儘管如此 ， 跟強子的質量相比較 ， 上夸克與下夸克的質量很小 ， 因此可以視手徵對稱性爲一種 「 近似對稱性 」 。 在量子色動力學的真空裏 ， 夸克與反夸克彼此會強烈吸引對方 ， 並且它們的質量很微小 ， 生成夸克 - 反夸克對不需要用到很多能量 ， 因此 ， 會出現夸克 - 反夸克對的夸克 - 反夸克凝聚態 ， 就如同在金屬超導體裏電子庫柏對的凝聚態一般 。 夸克 - 反夸克對的總動量與總角動量都等於零 ， 總手徵荷不等於零 ， 所以 ， 夸克 - 反夸克凝聚的真空期望值 （ vacuum expectation value ） 不等於零 ， 促使物理系統原本具有的手徵對稱性被自發打破 ， 這也意味著量子色動力學的真空會將夸克的兩個手徵態混合 ， 促使夸克在真空裏獲得有效質量 。 根據戈德斯通定理 ， 當連續對稱性被自發打破後必會生成一種零質量玻色子 ， 稱爲戈德斯通玻色子 。 手徵對稱性也具有連續性 ， 它的戈德斯通玻色子是π介子 。 假若手徵對稱性是完全對稱性 ， 則π介子的質量爲零 ； 但由於手徵對稱性爲近似對稱性 ， π介子具有很小的質量 ， 比一般強子的質量小一個數量級 。 這理論成爲後來電弱對稱性破缺的希格斯機制的初型與要素 。 根據宇宙學論述 ， 在大霹靂發生10 - 6秒之後 ， 開始強子時期 ， 由於宇宙的持續冷卻 ， 當溫度下降到低於臨界溫度KTc ≈ 173MeV之時 ， 會發生手徵性相變 （ chiral phase transition ） ， 原本具有的手徵對稱性的物理系統不再具有這性質 ， 手徵對稱性被自發性打破 ， 這時刻是手徵對稱性的分水嶺 ， 在這時刻之前 ， 夸克無法形成強子束縛態 ， 物理系統的有序參數反夸克 - 夸克凝聚的真空期望值等於零 ， 物理系統遵守手徵對稱性 ； 在這時刻之後 ， 夸克能夠形成強子束縛態 ， 反夸克 - 夸克凝聚的真空期望值不等於零 ， 手徵對稱性被自發性打破 。