基本粒子的質量是希格斯玻色子賦予的,那希格斯玻色子的質量又是怎麼來的?

星宇飄零2099


我們知道希格斯玻色子給宇宙中的一切賦予了質量,它不僅是粒子也是一個場。我們首先要知道的是:場和粒子是不同的東西。所以現在就來了解下:包括希格斯玻色子在內的基本粒子是如何獲得質量的?下面就做一個比較形象的比喻。

希格斯場類似一場無處不在的“雨”

希格斯場就像一場雨,一場持續的、無處不在的、無法躲避的雨,並且沒有任何地方可以讓任何物質粒子保持“乾燥”。就像我們沒有辦法躲避地心引力一樣,也沒有辦法躲避這場雨水,這就是希格斯場。它浸潤所有物質就像是它和基本粒子耦合的機制。

如果我們將基本粒子比喻成乾燥、幾乎沒有質量、形態不一的海綿!那麼沒有希格斯場,所有的基本粒子都像下圖中乾癟、無質量的海綿。

但是我們無法阻止這些海綿不被雨水浸溼,因此海綿就會攜帶一定的水,水會給海綿一定的質量。

有些海綿體只能攜帶少量的水,而有些海綿體可以膨脹到原來大小的很多倍,並且攜帶大量的水,產生不同的質量。

因此質量最大的基本粒子都是容易與希格斯場耦合的粒子,它們就像海綿一樣,在雨中膨脹得最大,攜帶的水分也最多。在所有粒子中,只有兩個粒子是真正無質量的,因此它們根本不與希格斯場耦合:光子和膠子。

光子和膠子也可以用無質量的海綿來代表,說明它們是防水的海綿。

所以,希格斯場是雨,所有的粒子就像各種各樣、不同大小的海綿(有各種各樣的吸收力)。

下面我們說說希格斯玻色子。希格斯場(雨)是否也於希格斯玻色子有關?

如果沒有水,我們就不會有裝滿水的水球!同樣的如果沒有希格斯場,就不會有希格斯玻色子。

但是水來自希格斯場,水也充滿了氣球,這個充滿水的氣球就是希格斯玻色子:希格斯場給所有與希格斯場結合的粒子質量,包括希格斯玻色子本身!

沒有水,氣球和海綿就沒有質量,沒有希格斯場,希格斯玻色子和所有其他基本粒子就沒有內在質量。

事實上,希格斯場無處不在,它會與一切東西(光子和膠子除外)結合,而且希格斯場與某些粒子的結合比其它粒子更強,因此粒子的質量各不相同。希格斯玻色子存在一種自耦合機制,這是希格斯玻色子的特殊之處,這一事實也使得希格斯玻色子不同於所有其他粒子,這也解釋了為什麼希格斯玻色子會有質量。

這就是希格斯場賦予宇宙中所有粒子質量的方式。就像水可以滲入幾乎所有物體使其變得更重一樣。

我們能夠在大型強子對撞機上創造並探測到足夠多的希格斯玻色子,並且確定了希格斯玻色子的質量大約是質子質量的133倍,而且希格斯玻色子的性質完全符合我們目前對宇宙的理解。

有了希格斯玻色子、六夸克、六輕子、膠子和電弱規範玻色子就有了質量!


量子科學論


在量子力學的標準模型理論中,所有的基本粒子原本都應該沒有質量,希格斯機制賦予了所有基本粒子以質量,而希格斯玻色子是希格斯場的量子化產物。

希格斯機制的簡單物理圖景。

在解釋希格斯機制之前,大家需要先簡單的瞭解一下量子場論的真空描述——真空是所有基本粒子的基態場。比如,電子有電子場,中子有中子場,質子有質子場……而希格斯場也是其中之一。

而希格斯場的作用在於賦予其它場產生的粒子以質量。簡單來說,希格斯場就像遍佈在宇宙中的糖漿。而原本沒有什麼質量的基本粒子,從場中穿過就會裹上一層糖漿,變成一顆有質量的糖豆。而光子和膠子偏偏不喜歡甜食,不和希格斯場發生相互作用,所以就沒有質量。

這和我們前些年的出國風潮一樣,有人出國留學鍍金,回來之後求職更有分量了,而有些人出國回來之後,求職一樣沒有任何分量。

但說了半天,這個圖景似乎跟希格斯玻色子好像沒有任何關係?

希格斯玻色子是希格斯場的量子激發。

就像電子場受激發產生電子,中子場受激發產生中子,質子場受激發產生質子,希格斯場受激就會產生希格斯玻色子。希格斯玻色子即為希格斯場的振盪。

同時希格斯場極不穩定,會衰變產生了有質量的實粒子。也就是說,能被希格斯機制賦予質量的基本粒子也可看成是希格斯玻色子的衰變產物。

所以實際情況應該是,本來沒有任何質量的基本粒子與希格斯場發生相互作用生成希格斯玻色子,然後希格斯玻色子再迅速地衰變成有質量的基本粒子。所以說希格斯玻色子不是傳遞質量,而是直接賦予質量,因為它與基本粒子的相互作用並不是碰撞,而是衰變。

這也解釋了宇宙中很難存在希格斯玻色子的原因。希格斯玻色子的衰變速度極快,平均壽命為1.56×10^−22秒。只要溫度足夠高,能量足夠大,基本粒子就可以逆轉為希格斯玻色子。

正是利用這原理,2012年7月4日歐洲核子研究組織在大型粒子對撞機中發現了希格斯玻色子的疑似物——125.3±0.6GeV的新玻色子,經過大量分析,直到2013年3月14日才正式確認了其希格斯玻色子的身份。

所以可以簡單的理解為,基本粒子之所以有質量,其前提就是希格斯玻色子必須有質量。

但希格斯玻色子的質量到底是怎麼產生的呢?

這一切就要源於標準模型理論裡面的另一個重要概念——自發對稱性破缺。

顧名思義,就是從對稱狀態變成了不對稱的狀態。就像一個陀螺擁有能量高速旋轉時,是一種對稱態;當能量用完停下來時,就會隨機倒向一邊不再對稱。

而希格斯作為標準模型裡唯一的標量場,且希格斯場的真空值不等於零,所以它的最低能量態位置不具有旋轉對稱性。這種不對稱狀態使希格斯玻色子有了質量。

希格斯玻色子是標準模型中唯一的標量粒子。

但說實在話,希格斯場更像是為了解決標準模型理論無法解釋常規基本粒子的質量,而硬加上去的一個場。因為隨著現代物理學的發展,現在希格斯機制已經無法解釋所有基本粒子的質量來源了。

比如中微子,在希格斯機制中,也應該是沒有質量的,但現在實驗已經證明中微子具有很小的質量,大約在電子質量的百萬分子一到十萬分子一之間。1998年,高木凱田教授和阿瑟·B·麥克唐納教授憑這一發現,獲得了2015年諾貝爾物理學獎。

所以嚴謹地說,希格斯機制已經無不再是所有基本粒子的“質量之源”。

總結

希格斯機制賦予基本粒子以質量,也僅僅適用於標準模型理論體系下而已。隨著如妖孽般的中微子真面目被揭示,或許將會有下一個更完善的理論出現。

另外補充一點,即便在標準模型下,嚴格來說希格斯機制也並不能賦予萬物質量,它賦予的基本粒子質量,只佔萬物質量的1%。當然這屬於另一個問題了。

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這個問題本身就能否定希格斯機制。此外,從希格斯機制賦予其它粒子質量的過程,也能得出,希格斯機制是不成立的結論。在物理事實方面,其一,質子(中子)的質量遠大於其組成成份夸克的質量之和,否定了希格斯機制,其二,高能伽瑪射線在遇到原子核產生正負電子對的現象,也否定了希格斯機制。

總之,按本人的《負空間論》,從理論到事實已證明希格斯機制並不成立!2012年所發現的粒子並非是希格斯玻色子,而是一種新粒子或新複合粒子。粒子的質量來自於《負空間論》提出的機制,即在化子作用下,將能量(粒子)轉化而來。

同時,《負空間論》理論預言,還存在更多的新粒子(或新複合粒子)。《負空間論》還預言,兩高能光子相撞不會產生新粒子(待未來實驗或現象證實)。

以上按《負空間論》解釋,供參考。


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