在量子力学( QFT)中,从一个没有电子和电磁场相互作用的理论开始:选择一个让理论保持不变的对称性,例如,量子力学在波函数的相位变换下是不变的(这种对称性与电荷守恒有关):不变性仅仅是因为中的相位和反相位抵消。然后对这个对称性进行规范化(即,让变化依赖于 x(在这个相对论术语中包括时间):当进行这个更严格的变换时,你会发现除非添加了电子、光子 A 和电子ψ之间的电磁相互作用项,否则它是行不通的:最后得到的具有局部变换不变性的相互作用理论如下:
上面这三位——温伯格,格拉肖和 Salam——非常重视规范不变性。这让他们获得了1979年的诺贝尔奖。他们在1961-1967年之间,成功地建立了一个弱相互作用模型,该模型基于比杨和米尔斯所尝试的质子-中子模型更近似(就是更不精确的意思)的对称性。尝试使用非常不精确的对称性来构建弱相互作用模型,在当时看起来非常不可思议。但考虑到他们是在了解“自发对称破缺(spontaneous symmetry breaking)”的概念后构建的,就没那么不可思议了。自发对称破缺是指一个理论在最初状态下具有完美的对称性,但随着时间推移,这种对称性会被打破。希格斯机制是一种描述这种对称性破缺的过程的方法,它涉及到希格斯场和希格斯玻色子。这种机制允许科学家使用不完美的对称性来建立有效的弱相互作用模型,最终成功地描述了这种基本力量。因此,温伯格等三人是半独立地将杨和米尔斯理论应用于电子和中微子之间非常糟糕的对称性,然后成功地从中构建了一种弱相互作用理论。出于娱乐,他们得出了一个轻子代(即电子和中微子)的弱相互作用“拉格朗日量”(涉及夸克的完整理论还有一个额外的复杂性):竟然行得通!不仅如此,使其真正有效的唯一方法是将其与电磁学统一起来。在“自发对称破缺”之后,质量为零的光子 A 以及质量为 W 和 Z 玻色子被识别为:非阿贝尔规范玻色子的独特自相互作用包含在上面的拉格朗日量的 L1 部分中,源于 W 张量与传统光子张量 F(在 QED 拉格朗日量中可见)相比更复杂的非阿贝尔形式。如果不是杨和米尔斯在1954年提议尝试非阿贝尔对称性,我们根本不可能预测到这些细节,包括看似不必要的重中性 Z 玻色子。此外,现有的弱相互作用理论根本行不通,因为要对短程力进行建模,你需要给它们想象中可能存在的单个 W 规范玻色子赋予质量。但是质量较大的规范玻色子总是导致无穷大。希格斯机制解决了这个问题,看似巧合地(实际上并非如此)添加了抵消无穷大的相互作用!这个理论预测了当时尚未观察到的3个W+、W-和Z0力携带玻色子,它们的质量,以及希格斯玻色子的存在。这导致了许多最终被观察到的预测,包括: