規範玻色子
/ gayj BOH-zon /
當兩個人來回傳一隻沉重的健身球時,投與接的動作會把他們推開——這是他們之間的一種力,由一個在中間來往的物體攜帶。粒子物理借用了這幅圖:粒子之間的力由特殊的「中間人」粒子攜帶,而那些由規範對稱性產生的,就叫做規範玻色子。規範玻色子是規範場的量子化激發——正是規範原理召喚出來的那個場——它是兩個交互作用的粒子彼此交換的信使。
每一個規範玻色子都是「玻色子」,意思是它帶整數份的自旋(對標準模型的力傳遞者而言具體為自旋 1),而且與物質粒子不同,許多個可以擠在同一個狀態裡——這正是它們的場能堆積成日常生活中那種平滑、經典的力場(如磁場)的原因。標準模型恰好有四類規範玻色子,每種規範對稱性配一套:光子(電磁)、八個膠子(強交互作用)、以及 W 和 Z 玻色子(弱交互作用)。規範對稱性確定了它們有幾個、與什麼耦合、強度多大——這些玻色子不是可自由調節的參數,而是對稱性的後果。
規範玻色子,正是標準模型把抽象的對稱性,變成把原子聚在一起、讓恆星發光的那些實實在在的推與拉的方式。儘管同源,它們彼此的行為卻大不相同:光子無質量,能跨越整個宇宙;膠子也無質量,卻因彼此牽扯而被困住;W 和 Z 很重、作用距離很短,因為希格斯場給了它們質量。兩個注意點:其一,在真實的交互作用裡,被交換的玻色子通常是「虛」的——一種計算上的替身,而非你能接住的自由飛行粒子。其二,希格斯玻色子雖然有名,卻不是規範玻色子;它是另一種完全不同的場的量子。
兩個電子透過交換一個光子——電磁的規範玻色子——而相互排斥。這裡「投出」的光子是虛的:它只在交互作用進行的那一瞬存在,從不被直接看到,但由此產生的推力卻完全真實,正是它讓電子雲不至於塌縮到一起。
電子間的排斥,作為一次(虛)光子交換。
並非每個玻色子都是規範玻色子,也並非每個力傳遞者就一定無質量。希格斯是玻色子但不是規範玻色子;W 和 Z 是規範玻色子,卻依然很重。