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如图5-5-3所示，自发对称破缺时，原来电弱统一的（SU（2）×U（1）弱超荷）对称性破缺成电磁场的U（1）电磁对称性。
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图5-5-3 电弱统一理论中“自发对称破缺”的希格斯机制
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自发对称破缺之前的U（1）弱超荷，以及自发对称破缺之后的U（1）电磁，数学上都是U（1）群，但它们的生成元对应于物理意义不同的守恒量。前者的守恒量叫做弱超荷，用YM表示，后者守恒量则是电磁作用中我们熟知的普通电荷Q。两者的关系为：
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Q＝YM/2＋T3 （5-3）
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式（5-3）中的T3是与SU（2）对应的弱同位旋T的第3个分量。
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图5-5-3形象地表示了电弱作用自发对称破缺的过程。根据Goldstone定理，每一个连续对称性的破缺都会产生一个Goldstone粒子，电弱理论中的对称破缺，从4个参数的（SU（2）×U（1）），到1个参数的U（1），破缺了3个连续对称性，因而产生3个Goldstone粒子，图中用H＋、H-、H0表示。这3个无质量粒子被3个W粒子吸收（吃掉），产生3个有质量的弱作用中间玻色子：W＋、W-、Z0。除此之外，剩下的还有1个无质量的光子γ，和有质量（不定）的h粒子，即通常所说的希格斯粒子。
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然而，还有一个与带电的W玻色子和电荷为零的Z玻色子的质量有关的问题。实验数据表明，这2种类别的反应几率相差很大，比如，K0介子的衰变率比K＋介子的衰变率，要小9个数量级。这说明W玻色子和Z玻色子具有不同的质量。在希格斯机制中，它们质量的差别被如下解释：“自发对称破缺”时，B粒子和W3粒子以不同的比例混合而产生Z0玻色子和光子γ。图5-5-3中右下角的矩阵公式，说明这种混合可以用温伯格角θW来表示。温伯格角θW（也叫弱混合角）大约等于30°。
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证实电弱统一理论的第1个实验证据，是1973年在费米实验室中微子散射实验中发现了中性流的存在。电弱统一理论刚提出时，尚未在实验中观测到W和Z玻色子，它们的质量分别为80GeV和91GeV，20世纪六七十年代的加速器能量大大小于这个数值。之后，1983年左右，在CERN的超级质子同步加速器中发现W及Z玻色子。2013年，CERN确认发现了希格斯粒子。
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至此标准模型暂时告一段落，理论不能说很完美，但终究使人类在揭示自然奥秘的统一路上前进了一步。
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爱因斯坦与万物之理：统一路上人和事 [:1700970786]
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爱因斯坦与万物之理：统一路上人和事 6．夸克世界五彩缤纷
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标准模型中，已经将弱作用和电磁作用用SU（2）×U（1）的规范理论统一在一块儿。引力作用又弱又顽固，标准模型决定暂时将它抛弃在外，不予理会。而对强相互作用，人们觉得还有点办法对付，尽管尚未将它与弱电统一起来，但起码它能够借助于SU（3）的规范理论自成一统。类比于量子电动力学，物理学家们将这个建立在夸克模型和规范理论基础上的强作用标准模型叫做“量子色动力学”。
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事实上，直到20世纪70年代之前，人们还以为质子和中子是不可分割的“基本”粒子。多个质子和中子紧密聚集在原子核中，互相离得很近几乎靠在一起。质子都是带正电荷，中子不带电。如果仅仅考虑电磁力的话，质子之间在这么近的距离下应该互相排斥，原子核将很快地分崩离析，不可能是如我们所观察到的稳定结构。
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那么，为了维持原子核的稳定性，一定存在另一种强大的短距离才起作用的力，将质子和中子紧紧地束缚在一起，这便是强相互作用。后来，盖尔曼提出了夸克模型，唯象地解释了这种相互作用，并将几百种“强子”进行了分类。再后来，将质子和质子或电子在高速度下碰撞的实验证明了，质子和中子都是由盖尔曼所预言的夸克构成的。
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于是，强相互作用便应该被理解为夸克之间的相互作用。电磁作用发生在电荷之间，强作用由什么引起呢？类似于电荷，物理学家们赋予夸克“色荷”，强作用则发生在“色荷”之间。电荷只有一种，考虑正负时，可算两种。开始时，物理学家们以为色荷也是如此。但后来，实验确定许多强子是由3个夸克组成的，夸克自旋为1/2，也是费米子。如果色荷只有一种的话，某些情况（例如Ω-粒子）会违反费米子的泡利不相容原理。于是，南部在1965年提出夸克具有3种“色荷”的设想。按照这种想法，色荷总数有6种：红、绿、蓝、反红、反绿、反蓝。虽然将它们称作色荷，以各种颜色冠名，但实际上却只是不同类型强作用的一种分类方式，与我们日常所见的光波表现的各种颜色一点关系都没有。无论如何，使用多样化的颜色，让强作用及夸克世界有关的直观图像五彩缤纷，也便于人们记忆（图5-6-1）。
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图5-6-1 各种“颜色”的夸克组成各种外表看起来为“白色的”重子和介子
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夸克有质量、电荷、弱荷、色荷，因而可以参与所有四种基本相互作用。夸克除了不同颜色之外，还有不同的“味道”，弱相互作用可以改变夸克的味道，因而有时也将夸克参与的电弱量子场论称为“量子味动力学”。强相互作用是发生在“色荷”之间的作用。虽然在夸克的内部世界里，各种颜色五彩缤纷，但人们却从来看不见这各种颜色，人们能够看得见的粒子，都是呈“白色”的，或叫做“无色”的。比如说，3个不同颜色的夸克在一起组成“白色”的强子，就好像“红、绿、蓝”3种原色的光混合成白光一样。1个正夸克和1个反夸克的颜色互补（如“红”和“反红”），它们在一起构成的介子也是表现“白色”。
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因此，夸克禀性奇特，它们只群居而形成“强子”，从不单独存在。虽然夸克带有分数电荷，但强子的电荷总是整数；虽然夸克带有颜色，但强子却是“无色”。
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强相互作用是4种相互作用中最强的，但我们平时却感觉不到它，因为它和弱作用一样，都属于短程作用力。它比弱作用稍微长一点点，在10-15m的范围内，在它的作用范围以外，强相互作用为零。
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我们在本书“第四章4．粒子家族大爆炸”一节中介绍过盖尔曼的夸克理论，夸克具有SU（3）对称性，因此，类似于电磁及弱作用的SU（2）×U（1）规范理论，量子色动力学应该可以建立在基于SU（3）对称性的规范理论基础之上。如此而建立的规范理论，是非阿贝尔的杨—米尔斯SU（2）规范理论的推广，没有本质上的区别，因而我们不予详细介绍，只给出部分结论。
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根据规范场论的局域对称不变性的要求，SU（3）群有8个生成元，因而将为强相互作用引入8个规范场。它们相对应的中间传递子，便称之为8个“胶子”。这个名字意味着，强作用像“胶”一样把夸克粘在一起！