強子與夸克模型

強子質量的起源(origin of hadron mass)

大多數聽說過希格斯玻色子的人都相信它解釋了質量從何而來。對於基本粒子——夸克、電子——這大體正確。但對於你真正稱量得到的日常質量,這幾乎完全錯誤。一個質子由三個夸克構成,可把這些夸克的質量加起來,只得到質子質量的約百分之一。那麼另外的百分之九十九從何而來?

答案是能量。在質子內部,夸克被由膠子傳遞的強交互作用束縛著,而那個力場攜帶著巨量的能量。按愛因斯坦的關係 E = mc^2,能量和質量是同一回事,所以那翻騰的強場的能量便表現為質量——約占質子的 99%。膠子本身無質量,夸克也幾乎無質量,然而整個系統卻很重,原因僅僅是把這些部件禁閉在如此狹小的空間裡需要極多的能量。

這是物理學中最深刻、卻最被低估的事實之一:普通物質幾乎全部的質量——因而也是你自身幾乎全部的體重——並不是「物質」,而是被封存的強交互作用能量。希格斯賦予夸克它們那點微小的內稟質量,但其餘部分由強交互作用——量子色動力學所描述的——提供。純粹從夸克和膠子的理論出發、從頭算出質子的質量,是稱為格點 QCD 的巨型電腦模擬的一項里程碑式成就。

質子質量約 938 MeV。三個夸克只貢獻約 9 MeV 的內稟質量;其餘約 99% 是強交互作用的能量,透過 E = mc^2 表現為質量。

質子幾乎全部的質量,是被封存的強交互作用能量,而非其夸克的質量。

不要說「希格斯賦予萬物質量」。希格斯賦予基本粒子它們的質量,但你身體絕大部分的質量,是質子和中子內部的強交互作用束縛能。

又稱
mass without the HiggsQCD mass强子质量起源強子質量起源