场与相应基本粒子的内禀性质 内禀变换中，物理系统不变的那些性质, 电磁场的规范对称U(1),同位旋SU(2)对称，味SU(3)对称，SO(10)对称

http://blog.sciencenet.cn/blog-1668877-823643.html


现在，我们转向基本粒子的内禀性质。这种性质表现为在时空坐标不变的条件下，仍存在着仅变换波函数形式的变换Фa(x)→Ф’a(x)。这些变换因粒子类型而已。它们刻划了场与相应基本粒子的内禀性质，所以称为内禀变换。在内禀变换中，物理系统不变的那些性质，称为内禀性质。后者是由对称群描述的，包括电磁场的规范对称U(1),同位旋SU(2)对称，味SU(3)对称，SO(10)对称等等[1,p374]。


关于电磁力起源于U(1)对称性，我们可以作出如下的通俗理解。在量子场论中，荷电粒子是由场来描述的，而这种场在时空中的每一点有两个数：场的振幅和相位。振幅度量在某一点出现粒子的几率，相位描写粒子的波动性。在场中所有点的相移都相同时，象一组荷电粒子总能量那样的可观察量保持不变。于是，场在相位变换时就具有整体对称性。局部对称性要求当相位在每一点都可独立变化时，可观察量也不变。要满足局部对称性，就必须引进作为规范场的电磁场，这种场的量子就是产生电磁力的光子。如果仅要求相位的整体对称性的话，带电粒子之间就没有电磁力，没有光子，也就没有光。在数学上，相位的变换构成一维幺正群，这个群只有一个生成元，这仅有的生成元对应于光子[4,p23-24]。