MeV、GeV、TeV
/ em-ee-VEE, jee-ee-VEE, tee-ee-VEE /
錢有元、千、百萬;你不會用一塊一塊的錢去買房子。電子伏特同樣太小,對粒子物理學的大多數場合都不順手,於是物理學家堆上常用的公制詞頭,得到越來越大的單位。你最常遇到的三個是 MeV、GeV、TeV——每個都是前一個的一千倍——記住它們大致的大小,就像學會在這個領域裡讀價籤。
這道階梯很簡單:一個 MeV(兆電子伏)是一百萬 eV,一個 GeV(吉電子伏)是十億 eV(一千 MeV),一個 TeV(太電子伏)是一萬億 eV(一千 GeV)。每一級都有它自然的歸宿。MeV 是核物理和較輕粒子的尺度:電子的質量約為 0.5 MeV,一次典型的核衰變釋放幾個 MeV。GeV 是質子(約 0.94 GeV)和日常「粒子動物園」大多數成員的尺度。TeV 則是當今最大加速器的前沿:大型強子對撞機讓質子以數 TeV 的能量相撞。
這些單位之所以重要,是因為在粒子物理學裡能量和質量是同一種貨幣,所以一台對撞機能達到的能量直接決定了它能造出哪些粒子。要造出某個給定質量的粒子,碰撞中至少要有那麼多可用能量——這正是為什麼發現 125 GeV 的希格斯玻色子需要一台 TeV 量級的機器,也是為什麼提出下一個發現往往意味著提出一台能量更高的對撞機。一個小小的誠實提醒:對撞機標榜的能量(比如 13 TeV)是兩束粒子之和,但在任何一次質子對質子的單次相撞中,只有一小部分是真正可用的,因為質子是複合的,真正的碰撞發生在它們的夸克和膠子之間。
質子約為 0.94 GeV,希格斯玻色子約為 125 GeV,而大型強子對撞機的束流可達數 TeV。在這道階梯上每登高一級,就解鎖了研究或創造更重粒子的能力。
MeV、GeV、TeV 每級以一千倍遞增——你能研究的對象也隨之擴展。
對撞機標註的能量是兩束粒子之和。由於質子是複合的,真正在夸克對夸克的碰撞中可用的,只是其中一小部分能量,而新粒子正是在那次碰撞裡產生的。