粒子物理标准模型的缺陷及其完善

目录

摘要............................................................................................................................................................ II 关键词............................................................................................................................................................ II

0 引言 (1)

1 标准模型简介（电弱相互作用的W-S-G模型） (1)

1.1规范场部分 (1)

1.2费米子部分 (1)

1.3标量场部分 (2)

1.4 Yukawa相互作用 (3)

1.5 对称性自发破缺 (3)

1.6 Higgs机制 (6)

1.7 电磁相互作用与弱相互作用的统一性. (6)

2 标准模型中存在的问题 (7)

2.1 太多的自由参数 (7)

2.2 不自然性问题 (7)

2.3 费米子问题 (8)

2.4 中微子问题 (8)

2.5 宇宙暗物质问题 (10)

3 标准模型的完善 (10)

3.1 Little Higgs模型 (10)

3.2 超对称模型 (11)

3.3 额外维 (12)

3.3.1大额外维模型 (13)

3.3.2弯曲的额外维 (13)

4. 结语 (14)

参考文献 (14)

致谢 (15)

粒子物理标准模型的缺陷及其完善

摘要

标准模型(SM)是描述基本粒子强相互作用和电弱相互作用的规范理论。本文简单介绍了标准模型的基本结构，指出标准模型存在的不自然性问题、中微子问题以及自由参数太多等问题。进而，介绍了几个重要的新物理模型.

关键词

中微子；暗物质；标准模型；完善

The flaws and perfection of the standard model of particle

physics

Abstract

The Standard Model(SM) is a gauge theory to describe strong and electroweak interactions of

elementary particles. This paper briefly introduces the basic structure of the standard model, point out the

standard model in the presence of unnatural problems, neutrino problems as well as free parameters is too much wait for a problem. Then, introduces several important new physical model.

Keywords

Neutrino; dark matter;standard model; perfection

0 引言

目前，粒子物理的理论和实验都是围绕着标准模型进行的，该γ)1()2()3(U SU SU L C ⨯⨯

规范理论可以描述各种微观粒子之间的强、弱和电磁相互作用，并且通过Higgs 机制来实现将对称

性破缺到em C U SU )1()3(⨯。自从标准模型建立以来，它己经成功地预言和解释了众多精确的微观

实验结果。然而，众所周知的是，模型本身更应该视为某个更基本理论在电弱能标下的极好有效近

似，毕竟它的自由参数太多、没有包含暗物质、不能很满意地解释中微子现象、Higgs 部分还存在

二次发散问题等等。这就促使人们不断提出新的物理模型，以期解决标准模型所面对的这些具体问

题，并希望能揭示那个更基本理论的一些性质。其中流行的新模型有超对称模型、小Higgs 模型、

额外维模型等等。本文主要介绍标准模型，特别是电弱相互作用的Weinberg-Salam-Glashow 模型，

包括它的规范作用方式、Yukawa 相互作用和对称性自发破缺以及Higgs 机制，紧接着我们列举该模

型的一些备受瞩目的缺陷以及几种流行的新物理模型。

1 标准模型简介（电弱相互作用的W-S-G 模型）

描述电弱相互作用的Weinberg-Salam-Glashow 模型是建立在在r L U SU )1()2(⨯基础上的，其拉

氏量密度可以写成

（2-1）

下面介绍各个部分的简单性质. 1.1规范场部分

规范场部分拉氏量密度的具体形式为[2]

（2-2） 场强张量的定义为

μννμμνB B B ∂-∂= (2-3)

k j ijk i i u i W W g W W W νμμννμνε-∂-∂= (2-4)

其中)3,2,1(i u W 和μB 分别对应着γ)1()2(U SU L 和规范场，g 是L SU )2(的规范耦合系

数，ijk ε是三阶反对称张量。我们可以看到，i u W 具有三线和四线自相互作用，而μB 没

有任何自作用，它与其它粒子的作用强度与超荷3T Q Y -=有关，这里的Q 是电荷， 3

T 是L SU )2(的第三分量。μB 和3u W 的量子数相同，它们最终会混合形成光子和Z 玻色子。

1.2费米子部分

费米子的动能项和规范相互作用项为