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直接進入正題: 希格斯場是如何 『賜予』粒子質量呢(先聲明:
我們討論的是希格斯場而不是希格斯波色子。 那只是我們將要討論的作用
多出遺留的激發態而已。有點離題了……回到質量!)
首先,我們必須弄清楚『質量』 是甚麽意思。為此我們得先逆向
來討論零質量是怎麼回事。 這可能聽起來不可思議:
所有零質量粒子的定義性特徵是 它們以光速運動。的確,我們應該
誠實地稱光速為『零質量速』。 因為首個我們認識的零質量粒子
是光的量子,『光速』這名字就遺留下來了。
總而言之,重點是所有無質量粒子 都以每秒3億米這速度運動。
這一切解釋都在狹義相對論里。 簡單來說,無質量粒子是物理上
不能不以每秒3億米速度運動。 它們可以走直線或
撞上東西反彈而改變方向 但零質量粒子的速度
永遠不變。
所以『質量』只不過是不用只能以光速 運動這性質而以。
一個副作用是這也意味着它 不能以光速運動,但重點是
帶質量的粒子很幸運地可以 以任何它想的速度運動
—— 只要比光速慢。 而質量的大小只是決定
把它從一個速度改變到 另外一個速度的難度。
第一部里我們提到如果標準模型里 缺少了希格斯場
所有粒子都沒有質量而必須 以光速運動。但你和我
和瑞士奶酪明顯帶質量, 因為我們可以奢侈地
坐下不動。
希格斯場如何幫我們做到這點? 儘管無質量粒子只能
以光速運動,它們允許和其他東西相撞。 例如那些實際上只是
量子場激發態的粒子。 舉個例:我們把那些電子場
比較集中的地方稱為『電子』 而在其他地方稱為『空白空間』。
可是希格斯場比較特殊它在 所有地方都有很高的數值
再說清楚點:這很高的數值並不是那有名的 希格斯波色子 —— 那只是在這已經
很高值的場上額外的激發態。 但因為希格斯有這無所不在
非零數值,任何可以和它相作用的 粒子基本上都無時無刻在它上面更
反彈。
如果一個無質量粒子這樣前前後後地 反彈(或者說,因為這是量子力學,
同時往前往後撞),那儘管在 碰撞之間它以光速運動
當你把所有事情加在一起 它就看起來好像比光速慢。
甚至……它好像原地不動! 因為只有有質量的東西才允許不動,
我們的無質量粒子看和動起來 像它有了質量一樣。做得好,希格斯!
更重要的是, 希格斯場甚至和它自己 的激發態相作用。也就是說
它也給予希格斯波色子質量。 實際上,比起那組成我們小小的
電子和質子,希格斯更喜歡 和它自己相作用而使
希格斯波色子擁有高很多倍的質量 —— 這也是為甚麽它那麼難找的
部分原因。但我們不應埋怨,因為 儘管希格斯粒子給我們多多的麻煩
而只有一點點質量,起碼我們有質量 而允許我們擁有可以
原地不動的樂趣。