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概述

如果有兩種以上的粒子擁有相同的相互作用，那么它們可以在不影響物理的情況下互相交換。只要兩者成正交或互相垂直，這兩種粒的任何（復(fù)數(shù)）線性組合，都會(huì)有著相同的物理。換句話說，該理論擁有對(duì)稱變換，例如M(ud){\displaystyle M\left({u \atop d}\right)}，其中u及d是兩種場，而M則是任何行列式為1的2 × 2幺正矩陣。這樣的矩陣組成一種叫SU(2)的李群。這是味對(duì)稱的一個(gè)例子。

“味”這個(gè)詞最早在1968年所創(chuàng)，用于強(qiáng)子的夸克模型。

味量子數(shù)

輕子

所有輕子都帶有輕子數(shù)L = 1。另外，輕子同時(shí)帶有弱同位旋T3，三種帶電荷輕子（即電子、μ子和τ子）的弱同位旋為??2，而它們的中微子則為+?2。每一個(gè)由帶電輕子及中性輕子（兩者有著相反的弱同位旋）組成的雙重態(tài)，組成輕子的一代。另外，有一種量子數(shù)叫弱超荷，YW，所有左手性輕子的弱超荷皆為?1。弱同位旋與弱超荷在標(biāo)準(zhǔn)模型中都是規(guī)范的。

輕子共有六種“味”量子數(shù)：電子數(shù)、μ子數(shù)、τ子數(shù)及三種中微子的對(duì)應(yīng)數(shù)。它們在電磁相互作用中守恒，但在弱相互作用中則被破壞。因此，這些“味”量子數(shù)并沒有什么大用途。每一代一個(gè)量子數(shù)反而更有用，電數(shù)（電子與電中微子的值為+1）、μ數(shù)（μ子與μ子中微子的值為+1）及τ數(shù)（τ子與τ子中微子的值為+1）。然而，這些數(shù)還是不會(huì)絕對(duì)守恒，因?yàn)椴煌闹形⒆訒?huì)混合；也就是說，一個(gè)味的中微子可以變成另一個(gè)味。這種混合的強(qiáng)度由一個(gè)矩陣所定，叫龐蒂科夫-牧-中川-坂田矩陣（PMNS矩陣）。

夸克

所有夸克都帶有重子數(shù)B = ?3。它們還帶有弱同位旋T3 = ±?2。T3為正的夸克（上、魅及頂）叫“上型夸克”，T3為負(fù)的（下、奇及底）叫“下型夸克”。每個(gè)有上型及下型夸克的雙重態(tài)，都各自組成夸克的一個(gè)代。

夸克擁有以下的味量子數(shù)：

同位旋，上夸克的值為I3 = ?2，而下夸克的值則為I3 = ??2。

奇異數(shù)（S）：由默里·蓋爾曼所引進(jìn)的一個(gè)量子數(shù)。奇夸克的奇異數(shù)被定義為-1。

粲數(shù)（C），粲夸克的粲數(shù)值為+1。

底數(shù)（B′），底夸克的底數(shù)值為?1。

頂數(shù)（T），頂夸克的頂數(shù)值為+1。

因?yàn)樗鼈冊陔姶偶皬?qiáng)相互作用中都守恒（但不是在弱相互作用中），所以它們是有用的量子數(shù)?？梢詮乃鼈冎薪⑿碌膶?dǎo)出量子數(shù)：

超荷（Y）：Y = B + S + C + B′ + T

電荷: Q = I3 + ?2Y（見蓋爾曼-西島關(guān)系）

某一種味的夸克是哈密頓算符弱相互作用部分的本征態(tài)：它會(huì)跟W及Z玻色子有一種固定的相互作用方式。另一方面，一固定質(zhì)量的費(fèi)米子（哈密頓算符的強(qiáng)相互作用及動(dòng)能部分的本征態(tài)），一般是多種味的疊加態(tài)。因此，在量子態(tài)自由傳播時(shí)，其內(nèi)含的夸克可能會(huì)轉(zhuǎn)變?？淇诉@種從味態(tài)變成質(zhì)量態(tài)的轉(zhuǎn)變，數(shù)學(xué)上由卡比博-小林-益川矩陣（CKM矩陣）所描述。這個(gè)矩陣與中微子的PMNS矩陣有異曲同工之處，它定義了夸克在弱相互作用下味變間的強(qiáng)度。

在有最少三代的時(shí)候，CKM矩陣就能夠描述CP破壞。

反粒子及強(qiáng)子

味量子數(shù)是可相加的。因此反粒子的味與對(duì)應(yīng)粒子的大小相同，但正負(fù)相反。強(qiáng)子從它們的價(jià)夸克l中得到味量子數(shù)：這是夸克模型的分類基本。超荷、電荷及其他味量子數(shù)對(duì)于強(qiáng)子也成立，對(duì)夸克也是。

量子色動(dòng)力學(xué)

量子色動(dòng)力學(xué)（QCD）中夸克有六種味。然而，它們的質(zhì)量不一。因此，嚴(yán)格來說它們不能被互相交換。上及下夸克的質(zhì)量很接近，幾乎一樣，因此二夸克理論擁有大概的SU(2)對(duì)稱（同位旋對(duì)稱）。在某些情況下，可以把Nf種夸克視為相同質(zhì)量，然后得到有效的SU(Nf)味對(duì)稱。

在某些情況下，夸克的質(zhì)量可以被完全忽略。在這個(gè)情形下，每一種夸克味都有一種手征對(duì)稱。這時(shí)可以把每個(gè)夸克場的味變換，分成左手性和右手性兩部分。那么味群就是手性群SUL(Nf) × SUR(Nf)。

如果所有夸克的質(zhì)量都一樣，那么手征對(duì)稱就會(huì)被破壞成“對(duì)角味群”的“矢量對(duì)稱”，它會(huì)對(duì)夸克的兩種螺旋性作出一樣的變換。這樣的一種對(duì)稱縮化叫“明確對(duì)稱性破缺”。明確對(duì)稱性破缺的量，是由QCD中的凈夸克質(zhì)量所控制的。

即使夸克沒有質(zhì)量，如果真空內(nèi)有手征凝聚物（跟低能量QCD時(shí)一樣），手征味對(duì)稱也會(huì)被自發(fā)破壞。因此造成夸克的有效質(zhì)量，一般在QCD中叫價(jià)夸克質(zhì)量。

QCD的對(duì)稱

實(shí)驗(yàn)分析指出，較輕的夸克味的現(xiàn)時(shí)質(zhì)量，比起QCD比例ΛQCD要小得多，因此對(duì)于上、下及奇夸克，手征味對(duì)稱與QCD是近似的。手征攝動(dòng)理論的成功，以及相對(duì)簡單的手征模型，都是利用上述這一點(diǎn)。從夸克模型所得出的價(jià)夸克質(zhì)量，比現(xiàn)時(shí)的夸克質(zhì)量要大得多。由此可見，手征凝聚物形成時(shí)，QCD會(huì)產(chǎn)生自發(fā)手征對(duì)稱破缺。其他QCD相可能會(huì)以其他方式破壞手征味對(duì)稱。

守恒定律

絕對(duì)守恒的味量子數(shù)有：

電荷（Q）

弱同位旋（I3）

重子數(shù)（B）

輕子數(shù)（L）

在一些理論中，如果子（B-L）守恒的話，重子數(shù)及輕子數(shù)的守恒能被個(gè)別破壞。其他味量子數(shù)守恒都被弱電相互作用作破壞。強(qiáng)相互作用中味守恒。

另見

弱相互作用、CKM矩陣及CP破壞

量子色動(dòng)力學(xué)、強(qiáng)CP問題及手征性

夸克、輕子及強(qiáng)子

參考資料

D.J. Griffiths. Introduction to Elementary Particles. John Wiley & Sons. 1987. ISBN 0-471-60386-4. 

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