基本粒子的质量是希格斯玻色子赋予的,那希格斯玻色子的质量又是怎么来的?

星宇飘零2099


我们知道希格斯玻色子给宇宙中的一切赋予了质量,它不仅是粒子也是一个场。我们首先要知道的是:场和粒子是不同的东西。所以现在就来了解下:包括希格斯玻色子在内的基本粒子是如何获得质量的?下面就做一个比较形象的比喻。

希格斯场类似一场无处不在的“雨”

希格斯场就像一场雨,一场持续的、无处不在的、无法躲避的雨,并且没有任何地方可以让任何物质粒子保持“干燥”。就像我们没有办法躲避地心引力一样,也没有办法躲避这场雨水,这就是希格斯场。它浸润所有物质就像是它和基本粒子耦合的机制。

如果我们将基本粒子比喻成干燥、几乎没有质量、形态不一的海绵!那么没有希格斯场,所有的基本粒子都像下图中干瘪、无质量的海绵。

但是我们无法阻止这些海绵不被雨水浸湿,因此海绵就会携带一定的水,水会给海绵一定的质量。

有些海绵体只能携带少量的水,而有些海绵体可以膨胀到原来大小的很多倍,并且携带大量的水,产生不同的质量。

因此质量最大的基本粒子都是容易与希格斯场耦合的粒子,它们就像海绵一样,在雨中膨胀得最大,携带的水分也最多。在所有粒子中,只有两个粒子是真正无质量的,因此它们根本不与希格斯场耦合:光子和胶子。

光子和胶子也可以用无质量的海绵来代表,说明它们是防水的海绵。

所以,希格斯场是雨,所有的粒子就像各种各样、不同大小的海绵(有各种各样的吸收力)。

下面我们说说希格斯玻色子。希格斯场(雨)是否也于希格斯玻色子有关?

如果没有水,我们就不会有装满水的水球!同样的如果没有希格斯场,就不会有希格斯玻色子。

但是水来自希格斯场,水也充满了气球,这个充满水的气球就是希格斯玻色子:希格斯场给所有与希格斯场结合的粒子质量,包括希格斯玻色子本身!

没有水,气球和海绵就没有质量,没有希格斯场,希格斯玻色子和所有其他基本粒子就没有内在质量。

事实上,希格斯场无处不在,它会与一切东西(光子和胶子除外)结合,而且希格斯场与某些粒子的结合比其它粒子更强,因此粒子的质量各不相同。希格斯玻色子存在一种自耦合机制,这是希格斯玻色子的特殊之处,这一事实也使得希格斯玻色子不同于所有其他粒子,这也解释了为什么希格斯玻色子会有质量。

这就是希格斯场赋予宇宙中所有粒子质量的方式。就像水可以渗入几乎所有物体使其变得更重一样。

我们能够在大型强子对撞机上创造并探测到足够多的希格斯玻色子,并且确定了希格斯玻色子的质量大约是质子质量的133倍,而且希格斯玻色子的性质完全符合我们目前对宇宙的理解。

有了希格斯玻色子、六夸克、六轻子、胶子和电弱规范玻色子就有了质量!


量子科学论


在量子力学的标准模型理论中,所有的基本粒子原本都应该没有质量,希格斯机制赋予了所有基本粒子以质量,而希格斯玻色子是希格斯场的量子化产物。

希格斯机制的简单物理图景。

在解释希格斯机制之前,大家需要先简单的了解一下量子场论的真空描述——真空是所有基本粒子的基态场。比如,电子有电子场,中子有中子场,质子有质子场……而希格斯场也是其中之一。

而希格斯场的作用在于赋予其它场产生的粒子以质量。简单来说,希格斯场就像遍布在宇宙中的糖浆。而原本没有什么质量的基本粒子,从场中穿过就会裹上一层糖浆,变成一颗有质量的糖豆。而光子和胶子偏偏不喜欢甜食,不和希格斯场发生相互作用,所以就没有质量。

这和我们前些年的出国风潮一样,有人出国留学镀金,回来之后求职更有分量了,而有些人出国回来之后,求职一样没有任何分量。

但说了半天,这个图景似乎跟希格斯玻色子好像没有任何关系?

希格斯玻色子是希格斯场的量子激发。

就像电子场受激发产生电子,中子场受激发产生中子,质子场受激发产生质子,希格斯场受激就会产生希格斯玻色子。希格斯玻色子即为希格斯场的振荡。

同时希格斯场极不稳定,会衰变产生了有质量的实粒子。也就是说,能被希格斯机制赋予质量的基本粒子也可看成是希格斯玻色子的衰变产物。

所以实际情况应该是,本来没有任何质量的基本粒子与希格斯场发生相互作用生成希格斯玻色子,然后希格斯玻色子再迅速地衰变成有质量的基本粒子。所以说希格斯玻色子不是传递质量,而是直接赋予质量,因为它与基本粒子的相互作用并不是碰撞,而是衰变。

这也解释了宇宙中很难存在希格斯玻色子的原因。希格斯玻色子的衰变速度极快,平均寿命为1.56×10^−22秒。只要温度足够高,能量足够大,基本粒子就可以逆转为希格斯玻色子。

正是利用这原理,2012年7月4日欧洲核子研究组织在大型粒子对撞机中发现了希格斯玻色子的疑似物——125.3±0.6GeV的新玻色子,经过大量分析,直到2013年3月14日才正式确认了其希格斯玻色子的身份。

所以可以简单的理解为,基本粒子之所以有质量,其前提就是希格斯玻色子必须有质量。

但希格斯玻色子的质量到底是怎么产生的呢?

这一切就要源于标准模型理论里面的另一个重要概念——自发对称性破缺。

顾名思义,就是从对称状态变成了不对称的状态。就像一个陀螺拥有能量高速旋转时,是一种对称态;当能量用完停下来时,就会随机倒向一边不再对称。

而希格斯作为标准模型里唯一的标量场,且希格斯场的真空值不等于零,所以它的最低能量态位置不具有旋转对称性。这种不对称状态使希格斯玻色子有了质量。

希格斯玻色子是标准模型中唯一的标量粒子。

但说实在话,希格斯场更像是为了解决标准模型理论无法解释常规基本粒子的质量,而硬加上去的一个场。因为随着现代物理学的发展,现在希格斯机制已经无法解释所有基本粒子的质量来源了。

比如中微子,在希格斯机制中,也应该是没有质量的,但现在实验已经证明中微子具有很小的质量,大约在电子质量的百万分子一到十万分子一之间。1998年,高木凯田教授和阿瑟·B·麦克唐纳教授凭这一发现,获得了2015年诺贝尔物理学奖。

所以严谨地说,希格斯机制已经无不再是所有基本粒子的“质量之源”。

总结

希格斯机制赋予基本粒子以质量,也仅仅适用于标准模型理论体系下而已。随着如妖孽般的中微子真面目被揭示,或许将会有下一个更完善的理论出现。

另外补充一点,即便在标准模型下,严格来说希格斯机制也并不能赋予万物质量,它赋予的基本粒子质量,只占万物质量的1%。当然这属于另一个问题了。

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这个问题本身就能否定希格斯机制。此外,从希格斯机制赋予其它粒子质量的过程,也能得出,希格斯机制是不成立的结论。在物理事实方面,其一,质子(中子)的质量远大于其组成成份夸克的质量之和,否定了希格斯机制,其二,高能伽玛射线在遇到原子核产生正负电子对的现象,也否定了希格斯机制。

总之,按本人的《负空间论》,从理论到事实已证明希格斯机制并不成立!2012年所发现的粒子并非是希格斯玻色子,而是一种新粒子或新复合粒子。粒子的质量来自于《负空间论》提出的机制,即在化子作用下,将能量(粒子)转化而来。

同时,《负空间论》理论预言,还存在更多的新粒子(或新复合粒子)。《负空间论》还预言,两高能光子相撞不会产生新粒子(待未来实验或现象证实)。

以上按《负空间论》解释,供参考。


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