短说二：量子场

本来想称作“量子场论”，可是发现无论我怎么称呼，这个话题都太大，而且太深刻（难）。既然为短说，也就姑且为之。Edward Witten（如果你喜欢数学物理，且对弦论感兴趣对话，你应该去了解一下他）曾把量子场论称作现代物理里最难的理论。至少目前看来，这个观点还是有道理的。

什么是量子场？

场的概念还是很早就引入了的，比如电场、磁场。物理上，场是一种在时空上任一点具有特定的观测值的物理量。某种程度上可以理解为，场，即是可以用来描述物理上的everything。量子场论是考虑到量子力学的量子效应的场论，而对应的物理粒子，都是相应的场。通俗一点讲，我们看到的粒子，事实上是场的振动。能使场振动所需的能量，就是所谓的粒子的质量。而粒子之间的相互作用，也是通过场与场的耦合而实现的。

目前的量子场论

现在的量子场论还不完善，至少还没有能把引力更好解释的量子场理论。不过，这也是场论现在让人兴奋的一块内容。现在发展的量子场理论很多，这里面包括超对称理论以及超弦理论。

标准粒子物理里面涉及到的量子场论主要指QED，QCD和Standard Model。这里要说明一下，这些量子场论都是针对可以称作基本粒子的“pointlike”粒子。涉及到粒子结构的时候，理论上是很难描述的，比如质子（三个夸克组成），就无法直接用量子场论描述，而要引入描述其结构的函数（structure function ），后者目前也只能由实验测量而给出。这也一定程度上说明，虽然类似LHC的强子加速器可以产生更高的能量，但是pointlike的正负电子对撞机却在测量的精度上要更容易实现。

对称

提到对称，相信仍然会有很多物理学家在美与真面前更倾向于美。物理上的对称，总会意味着一种守恒。这里需要提及一个了不起的数学家，Emmy Noether（1882-1935）。作为一名女数学家，她在代数和理论物理上都做出了杰出的工作。最近PI（Perimeter Institute）有两个介绍她的讲座： EMMY NOETHER: HER LIFE, WORK, AND INFLUENCE （https://perimeterinstitute.ca/videos/emmy-noether-her-life-work-and-influence  ）和 EMMY NOETHER（https://perimeterinstitute.ca/videos/emmy-noether）。

对称，在物理上除了具有美的和谐，其主要目的是指导相互作用，或者是决定了相互作用。自然，当对称被破坏的时候，也就有非常有意思的事情发生。这里的对称破坏根据运动方程是否不变性可以分为spontaneous symmetry breaking和explicit symmetry breaking。而Higgs机制，就是spontaneous symmetry breaking of gauge symmetries（规范对称）。

（spontaneous symmetry breaking simplified  来源：https://en.wikipedia.org/wiki/Spontaneous_symmetry_breaking)

New Physics是什么？

这个话题也是非常大，不过作为粒子物理里当今最热门的词语，这里想提一下。简单一点讲，New Physics就是new field or new particle。无论在理论上，还是在实验上，基本有两种方式探索new physics： 一是提高能量；一是寻找非常小的物理效应。实验上，前者主要有LHC牵头，目前主要寻找超对称粒子等可能的大质量粒子；后者主要有中微子，Muon g-2的实验等来尽可能精确微小的物理效应。（Muon g-2: 通过测量muon自旋磁场的g因子，来测量可能存在的虚粒子。）

费曼图

最后，非常想提一下费曼图。相信学习粒子物理的对它都不会陌生。费曼本人一向的原则就是物理要能跟三岁小孩讲懂，比如，如何形容长颈鹿的高度。这个通过图形来描述物理过程的方式，或许正体现了他的风格。当然，这里的关键是如何通过费曼图来做相关的计算，粒子如何湮灭，又如何通过一些媒介粒子生成新的粒子。

（Feynman diagram 来源： https://en.wikipedia.org/wiki/Feynman_diagram）