自发对称破缺：为什么电磁力和弱力遵循不同的路径？
让我们深入研究亚原子力的神秘世界，揭示为什么电磁力和弱力尽管共同起源于电弱力，却表现出不同的中间粒子。这相当于观察我们日常生活中的自然变化。让我们以大气现象为例。
想象一下一个普通的夏日，热量聚集在你周围，空气中充满了湿气。此时，空气混合物和水蒸气彼此无法区分——它们代表一个整体。但当凉爽来临时，水蒸气凝结，开始下雨。突然之间，差异变得清晰可见：以前统一的东西现在分成了水和空气。
转向量子物理学，我们遇到了类似的转变。在绝对高能量的情况下，例如宇宙大爆炸后立即存在的能量，电磁相互作用和弱相互作用没有什么不同。它们结合成一种电弱力，其中载体颗粒无质量且不带电荷，形成对称系统。
在这个电弱时代，有两种载流子粒子在起作用：一种称为 B 玻色子的单线态，另一种称为 W1、W2 和 W3 的 W 玻色子三线态。在这种原始情况下，这些粒子的作用没有质量和电荷的区别，提供了我们目前认为是独立的力——电磁力和弱力。
但一旦宇宙冷却且能量减少，就会发生相变，类似于水蒸气的凝结。电弱对称性破缺。这种违反导致了先前无质量的 W 和 Z 玻色子（携带弱力的粒子）中出现了质量，而作为电磁力载体的光子则保持了无质量。
因此，尽管在创世之初，电磁力和弱力就像夏日空气中的水分一样难以区分，但随着宇宙能量的减少，它们就会分离，就像凉爽的晚风中的水和空气一样，并继续单独存在于我们自己周围看到的较低能量世界中。
让我们深入了解基础物理学深处爆发的惊人过程，这个过程是在宇宙从原始热量冷却时发生的。毕竟，温度在基本粒子和希格斯场（这种看不见的质量导体）的舞蹈中起着关键作用。
因此，我们的故事是在令人难以置信的热量占主导地位的条件下开始的，热量如此强烈，以至于希格斯场——我们物理现实的基石——结果为零。想象一下炎热的夏日，气温如此之高，空气中闪烁着热气，几乎察觉不到它的存在。
但随后情况发生了变化，气氛开始冷却。最初，这种冷却不会产生明显的变化，就像微风吹过一样，几乎察觉不到。然而，有一个类似于“露点”的时刻，此时空气不再能够容纳水蒸气，并发生凝结。
在基本粒子的世界中，当宇宙条件发生根本变化时，这种“露点”会发生在特殊的温度下。这是希格斯场似乎从零状态苏醒并获得力量并改变周围一切的转折点。
就在这时，真正的魔法发生了：粒子B和W，漂浮在原始“空气”中，没有重量或责任，突然面临一个新的现实。它们开始与希格斯场相互作用，正是这种相互作用赋予了其中一些粒子质量，从而将它们变成重W和Z玻色子，而其他粒子，如光子，仍然很轻且没有质量。
是的，在这个故事中，我们跳过了很多复杂性，将一些复杂的量子现象留在了幕后。但关键思想是这样的：那些曾经在其下方的“神奇温度”之上以无质量舞蹈结合在一起的粒子开始分离为无质量和质量，形成了可识别的基本力调色板，这些基本力决定了物质的结构和行为。今天就知道了。
这个“神奇温度”指的是粒子物理标准模型中早期宇宙的一个临界点。在如此高的温度下，在大爆炸后不久的早期宇宙的条件下，希格斯场不具有目前的“真空期望”，因此不会将质量传递给粒子。
在粒子物理学中，温度是粒子平均动能的度量，在早期宇宙的背景下，温度是如此之高，以至于粒子（包括 W 和 Z 玻色子以及光子）的行为就好像它们没有质量一样。在这样的能量下，电磁力和弱核力结合成单一的电弱力。
随着宇宙膨胀和冷却，其温度下降，当达到某个临界点（即“神奇温度”）时，希格斯场获得非零真空期望。这导致电弱对称性被打破，并通过希格斯机制将质量分配给 W 和 Z 玻色子，而光子保持无质量。这个过程也被称为自发对称破缺，它在我们所知的宇宙的形成中发挥了至关重要的作用，具有弱核力和电磁力等独特的作用力。
这个温度的确切数值是量子场论中复杂计算的问题，但它肯定比我们在日常生活中可以观察到的温度甚至现代粒子加速器中达到的温度高出几个数量级。
来自：超自然现象探索官