称性产生自发破缺，系统中出现的零质量戈德斯通
粒子变成了规范介子的纵向自由度，使原来没有质
量的中间玻色子获得了很重的静止质量
铁磁系统可以用自旋
点阵模型来描述，其相互作用形式是各向同性的，
即具有转动不变对称性，但最低能态(真空)不止一
个，可以指向不同方向。在居里点以下由于某种原
因选定了所有自旋都排列在同一方向就不是各向同
性，破坏了转动不变对称性，这时系统发生了对称
性自发破缺。按照南部-戈德斯通(Nambo-Goldstone)
定理，当连续对称性产生自发破缺时，系统中一定
会出现零质量的戈德斯通粒子。戈德斯通粒子的数
目取决于相互作用对称性的大小(G)和物理真空保
留对称性大小(H)之差(确切地说戈德斯通粒子的数
目为nG-nH，其中nG 和nH 分别是群G 和群H 的生
成元数目)。弱电统一理论中弱相互作用和电磁相互
作用具有共同的非阿贝尔规范群对称性，规范场介
子的质量为零。当选取了某一特定物理真空后，对
称性产生自发破缺，系统中出现的零质量戈德斯通
粒子变成了规范介子的纵向自由度，使原来没有质
量的中间玻色子获得了很重的静止质量，使统一的
电弱相互作用分解为性质截然不同的电磁相互作用
和弱相互作用两部分。这就是希格斯(Higgs)机制，
从而精确地预言了前面提到的中间玻色子质量，还
保持了理论的规范不变性和可重整性。
限是 114GeV。这就成为近20 年来粒子物理中的一
个令人不解的谜－希格斯粒子在哪里？如果希格斯
粒子不存在，那么对称性破缺的机制是什么？在西
欧中心正在建造的大型强子对撞机(LHC)，以几十
亿美元、历时10 多年的投资，其物理目标之一就是
要回答对称性破缺的本质这一疑难。
在标准模型中，不仅中间玻色子的质量是通过
对称性破缺获得的，而且夸克和轻子的质量也是通
过引入希格斯机制破缺对称性给出的。然而轻子和
夸克的质量谱从电子伏特（eV）一直到180GeV，
可以相差11 个数量级，即使同一层次的夸克也从几
MeV 到180GeV，相差上万倍，其质量的起源困扰
着高能物理学家们。这样宽广的质量谱很可能反映
了有更深层次的物质结构。
三、对称性和对称性破缺是宇宙演化的基本规律
对称性自发破缺和CP 对称性破缺还具有更深
远的科学意义，它提供了解释宇宙起源和今日宇宙
存在的可能性。大约140 亿年前我们的宇宙从大爆
炸开始，宇宙大爆炸理论预言了早期宇宙很可能处
于高度对称状态，经过冷却和相变才变成今日之世
界，这就相应于一系列的对称性自发破缺过程。大
爆炸开始是在普朗克能量尺度，温度在1019 GeV(时
间相当于10−44 秒)，这时宇宙中引力、强、弱、电
四种相互作用是统一的。然后冷却能量尺度降至
1015GeV(时间相当于10−35 秒)、1014GeV(时间相当于
10−33 秒)，强、弱、电三种相互作用仍是统一的，有
可能是粒子物理中超对称大统一理论所描述，夸克、
胶子处于等离子体状态。当温度降至102GeV 时，
真空选取一特定方向弱电对称性自发破缺成为两种
差别很大的相互作用。温度继续下降到1GeV(时间
相当于10−6 秒)，夸克在强相互作用下形成强子，由
量子色动力学描述。当温度下降到0.1GeV(时间相
当于102 秒)，轻原子核形成，由核合成理论描述。
这就是宇宙最初三分钟形成物质世界的图像。而后
是中性原子的形成(温度降到1eV，时间相当于1012
秒)，星系形成直至当今的万千世界。
早期宇宙处于高度对称状态，粒子数和反粒子
数相等，遵从电荷共轭对称性，反粒子存在将会由
反质子、反中子和正电子构成的反物质存在于宇宙
中。粒子与反粒子两者相遇会发生剧烈的湮灭反应
生成能量辐射，因而就不会有今日之宇宙。然而人
们至今在浩瀚的宇宙空间还没有找到反物质，自然
界万物都是正物质构成的。物理学家通常用η =
(nB −nB ) / nγ 来定义物质与反物质不对称的度量（其
中 nB和nB 分别为重子和反重子的数密度，nγ为光子
的数密度，大约为400/cm3）。直观上，η不为零标
志着物质和反物质不对称性。近年的微波背景辐射
的研究对η的精确确定为η=( 0.3)
6.1 0.2 +
− ×10−10。宇宙学
研究表明，宇宙在早期经历了一个暴涨阶段，物质
在暴涨后的再加热过程（Reheating）中产生，随着
宇宙的冷却，湮灭反应不再可逆，所有的反重子全
部湮灭，超出的百亿分之一的重子被残留下来，湮
灭生成的大量辐射冷却后成为宇宙微波背景，残留
重子在暗物质和引力塌缩的作用下凝聚为星系和恒
星。所以物质与反物质的不对称也必然是宇宙演化
的结果。1967 年萨哈洛夫（Sakharov）提出宇宙中
要想得到物质和反物质不对称性有三个必要条件：
（1）基本理论必须具有破坏重子数的过程（重子数
B 不守恒）；（2）导致重子数破坏的相互作用也必须
破坏C 和CP 对称性；（3）为了动力学确立这种不
对称性，重子数破坏过程必须破坏宇宙中热平衡。
虽然粒子物理标准模型理论能够提供前两个必要条
件，例如大统一理论中存在有重子数不守恒过程；
弱电统一理论存在着一种重子数破坏的解。小林和
益川机制给出的CP 破坏的起源。但定量计算表明，
标准模型给出的正反物质不对称η 远远小于10－10。
其主要原因是小林和益川（CKM）机制给出的CP
破坏量不够大。因此寻找新的CP 破坏机制是粒子
物理学和宇宙学的重要课题。正、反物质不对称疑
难的研究促进了对超出标准模型新物理的探讨。现
已提出的有大统一机制、弱电相变机制、超对称伴
随子凝聚衰变生成机制、拓扑缺陷生成机制，以及
由轻子数非对称转化为重子数非对称的机制等。近
年来，由于中微子振荡实验结果肯定中微子有质量，
这样轻子数本来就可能不守恒，由轻子数非对称转
化为重子数非对称，提供了一种可能比较自然发生
的机制。但最终答案有待进一步探讨。因此，粒子
物理学对物质结构的探索，从低能量加速器到高能
量加速器以及理论上自己追求不同能量标度的大统
一理论，正是与宇宙演化过程相一致的，粒子物理
与宇宙学相互交叉发展必将揭示自然界中对称性和
对称性破缺的本质仍是探求微观物质结构和宇宙起
源的基本难题。
希格斯玻色子- 维基百科，自由的百科全书
https://zh.wikipedia.org/zh-hk/希格斯玻色子
希格斯玻色子（英语：Higgs boson）是標準模型預言存在的一種基本粒子，是一種 .... 相互作用的規範對稱性迫使它的規範玻色子不帶有質量，但是實驗證明，弱相互作用 ..... 將這些量子效應納入考量之後，空間的最低能量態，是在所有能量態之中，能量 ... 德斯通玻色子變換為一個縱場，加上先前的橫場，共有三個自由度），自由度守恆。
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