两味施温格模型50年:破解柯尔曼难题
在1976年的论文《关于大质量施温格模型的更多讨论》[1]中,Coleman提出了一个与两个带电大质量费米子耦合的1+1维量子电动力学模型。通过应用阿贝尔玻色化方法,他阐明了这个双味施温格模型的大部分物理机制,但在论文末尾提出了三个未解难题。本文通过新的解析与数值计算,逐一解决了Coleman提出的这三个难题,从而加深了该团队对该模型的理解。这些难题涉及费米子质量相等时在θ=0和θ=π两种条件下的理论,以及费米子质量不相等时同位旋破缺效应的量级。
对于θ=π时的难题,其解答与零温相图的结构有关[2]:在费米子质量m相等的情况下,该模型在任何规范耦合常数g下都会自发破缺电荷共轭对称性,且不存在禁闭现象,因此从弱耦合到强耦合存在平滑的插值过渡。通过双圈重整化群和可积性方法,该团队证明在强耦合区域(m≪g)中,质量间隙表现为∼m e^(−0.111 g²/m²)。该团队使用晶格哈密顿量得到的数值结果与该行为高度吻合。
对于θ=0时的难题,其解答涉及两个具有不同离散量子数的同位旋单态粒子之间的能级交叉;通过对比可积性计算与弱耦合计算结果,该团队论证了这种能级交叉的必然性,并在数值上展示了这一交叉现象。最后,该团队为强耦合条件下由不同费米子质量引起的同位旋破缺效应的量级提供了新的估算。

