基礎與自然單位

傳力粒子

兩個滑冰的人可以靠來回拋接一個重球把彼此推開:每一次拋、每一次接都會推動他們一下,於是這個被交換的球在兩人之間造出了一種力,而誰都沒碰到誰。粒子物理學對基本力的設想也大體如此:粒子並不是伸手去抓住對方,而是交換另一些粒子。這些被交換的粒子,就是傳力粒子,是與物質粒子並列的自然界第二大家族。

傳力粒子,是在物質粒子之間被交換、從而傳遞某種基本力的粒子。每一種已知的力都有自己的載體:光子傳遞電磁力,膠子傳遞強交互作用,W 玻色子和 Z 玻色子傳遞弱交互作用。(重力預期也有載體,即重力子,但它從未被探測到,也不屬於已被檢驗的理論。)這些載體都是玻色子,與作為物質的費米子正相反:與物質粒子不同,許多相同的玻色子可以堆進同一個態,這正是力能夠累積、光能夠強烈的原因。一個微妙之處是:日常各種力中被交換的載體,通常是虛粒子——它是計算中的一種記帳工具,而不是你能在飛行途中抓住的東西。

傳力粒子的思想,是標準模型描述交互作用的主幹:每一種力都是粒子被發射和被吸收的故事。比如它解釋了為什麼電磁力能橫跨整個宇宙(它的載體光子沒有質量),而弱交互作用卻幾乎伸不出原子核(它的載體 W 和 Z 非常重)。同一套框架在 W 和 Z 玻色子被發現之前就預言了它們,而把這些載體聯結進一幅統一的圖景,是這個領域最偉大的成就之一,也是尚未完成的工程之一。

兩個電子相互排斥,是因為它們之間交換了一個光子——電磁力的載體。從來看不到有光子離開或到達;這種交換,是排斥力的數學畫成圖時所呈現的樣子。

力的作用,是在物質粒子之間交換載體粒子。

在一種普通力內部被交換的載體,多半是虛粒子——一種計算工具,而非真的被看到在粒子間飛行。真實、可探測的載體(比如一個真實的光子,或一個真實的 W 玻色子)確實存在,但那是另一種「現身」的情形。

又稱
gauge bosonforce-carrier particlemessenger particle规范玻色子規範玻色子