详解上帝粒子.doc

详解上帝粒子如果把物质分割得越来越小,会发生什么? 最终,你会得到构成物质的分子或者原子。但这些东西还能进一步分解成电子和原子核。而原子核又可以继续被分割成构成它们的质子和中子。它们的内部则是夸克。到了这一步, 你就已经抵达了标准模型( 我们当前的粒子物理学理论) 之中, 我们视为是基本的那一层面。不管你一开始分割的是什么物质, 到了这个地步, 你都会得到一大堆夸克和一大堆电子之类的粒子。夸克事实上还可以分成 6种: 构成质子和中子的是较轻的上夸克和下夸克, 另外还有较重的奇夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克。电子则属于另外 6 种粒子构成的另一个家族, 即轻子: 包括电子的两种质量更重的“表亲”——μ子和τ子, 以及与它们一一对应的 3 种几乎没有质量的中微子。所有这 12 种物质粒子,被统称为“费米子”,都各自拥有一种与它们完全相同、只是电荷相反的反物质粒子。就是这样了。物质不可能再分割到比这些基本粒子更小了。如此简洁的基本粒子组合,与实验事实完美吻合,但其中隐藏着一个令人费解的难题。所有这些物质粒子都有一个属性,被称为“质量”——这是一种抗拒被移来移去的属性。不同粒子的质量各不相同,从质量最轻的电子中微子到质量最重的顶夸克,跨越超过 11 个数量级之多。这些质量来自何方,为什么又如此千差万别呢? 破缺的对称在标准模型之中, 构成物质的费米子通过作用力发生相互作用, 而作用力是由另一大类被称为“玻色子”的粒子传递的。以电磁力为例, 是它使得原子能够形成, 驱动电流在我们的电器中奔腾, 而传递电磁力的玻色子则是光子。光子与物质的相互作用取决于电荷的多寡: 电子( 携带 1 个负电荷) 感受到的电磁力, 就要强于夸克( 携带- 或者+ 个电荷)。不带电荷的中微子,根本感受不到电磁力。夸克还拥有各自的“色荷”, 被称为胶子的粒子依据色荷产生强核力。这种力要比电磁力强得多, 但奇怪的是, 胶子本身也携带色荷, 因而会彼此粘黏在一起。于是, 我们从未见到过夸克和胶子以游离态的形式自由自在地漫游, 只能在质子和中子之类的粒子内部才能看到它们——强核力的作用范围也不会超出亚原子尺度的范畴。至于标准模型中的第三种作用力, 弱核力的强度相当弱, 但如果没有它, 驱动太阳和其他恒星的放射性衰变就不会发生。这种力之所以微弱,大约是因为携带这种力的粒子—— W 玻色子和 Z 玻色子——质量几乎是质子的 100 倍。创造出这样的粒子需要大量能量。在通常条件下,如果可以的话,物质粒子更愿意交换没有质量的光子来发生相互作用。在极高的能量下, 比如在宇宙诞生的最初一瞬间, 或者粒子加速器的对撞当中, 这些差异就消失了。电磁力和弱核力, 在日常生活中相差如此之巨的两种作用力, 变成了统一的“弱电力”。弱电力分裂成电磁力和弱核力的过程, 被称为弱电对称破缺, 必定发生在宇宙早期的某一时刻。不管是什么导致了这一过程的发生, 它与质量之谜都有着明显的关联。毕竟, 通过这一机制,W 玻色子和 Z 玻色子获得了质量。希格斯玻色子最初就是提出来解释这个对称为什么会破缺的。概念的诞生对称破缺并不仅限于奇异的作用力。日常生活中我们都会遇到一个例子, 那就是液体冷却后变成固体。对于液体来说,从所有方向上看过去,它都是一样的。而对于固体来说,沿着不同的轴向看过去, 它的样子会有明显的区别。在这个过程中,