物质是如何获得质量?一切都归因于奇特的希格斯粒子_社会财经_阅读室

物质是如何获得质量?一切都归因于奇特的希格斯粒子

来源:互联网  时间:2016-12-30 19:19:54

难以捉摸的希格斯玻色子有一个重要的任务:它赋予所有其他基本粒子的质量。没有它,一切将以光速疯狂地自由穿梭,因此就无法形成原子。但是希格斯粒子是如何赋予粒子质量的呢?

首先,每种基本粒子通过与被称为“场”的无形实体进行相互作用来获得其独特的属性。物理学中的场是三维的,并且在所有方向上无限延伸。

电磁场就是其中一种这样的场。每个粒子以取决于其电荷的方式与电磁场进行相互作用。例如,电荷为-1的电子倾向于沿着磁场朝向条形磁体的正极端移动,并与带正电荷的质子聚集在一起。

就像每个运动场有着其相对应的球一样,每个物理学中的场也有一种相对应的粒子。例如,电磁场与光子。这种对应关系通过两种方式表现出来:其一,当电磁场被激发时,意味着它的能量在某一点突发,该突发本身就是光子。其二,当粒子与电磁场相互作用时(例如,当它们被吸引至磁体的带相反电荷的一端时),它们通过吸收和发射源源不断的“虚光子”来经历场——虚光子突然出现和消失,仅仅是为了传递粒子-场的相互作用。

此外,还存在希格斯场,它赋予粒子质量。

除了静止质量为零的光子和胶子,所有的基本粒子从它们与希格斯场的相互作用中获得了质量。希格斯场就像浓厚的糖浆,通过其中的粒子会被“减速”,从而产生质量。

有些粒子比其他粒子更难以通过糖浆似的希格斯场,因此,它们会更重。然而,与诸如电子和中微子等轻粒子相比,诸如极度臃肿的顶夸克等一些粒子在通过希格斯场时要更难数千倍,物理学家也不清楚其原因。理论物理学家一直在寻找其他方法来从基本原则上预测粒子的质量,但至今还没有令人信服的理论出现。

这就是希格斯粒子的由来:正如光子传递粒子与电磁场的相互作用,并且本身又是电磁场的激发,希格斯粒子传递粒子与希格斯场的相互作用,并且其本身是希格斯场的激发。

粒子通过交换“虚希格斯粒子”而通过希格斯场。当希格斯场被激发时,实希格斯粒子就会出现,这就像糖浆晃动一样。检测这样的晃动(即粒子)是物理学家如何确定糖浆(即场)存在的方式。然而,需要足够多的能量来激发希格斯场,才能使它表现得像希格斯粒子,否则就无法知道这个场是什么。

但是因为希格斯粒子具有极高的能量(相当于非常重),所以很难激发希格斯场来使其产生一个希格斯粒子。这就是大型强子对撞机发挥作用的地方:通过将高速质子撞击在一起,就会产生足够的汁液来时不时地晃动糖浆似的希格斯场,从而产生希格斯玻色子。

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