基礎與自然單位

質量(作為粒子標籤)

購物車比滑板更難推動,一旦動起來也更難停下。這種「不願被推來推去」的阻抗,就是日常生活中我們所說的「質量更大」。每個粒子都有固定的這一份屬性,而質量是三個基本標籤——電荷、自旋之外——的第三個,用來說明某物是哪種粒子。

一個粒子的質量,是它的靜止質量:它靜止不動時所具有的質量,是一個不變的數,對那一類型的每個粒子都相同,且不隨粒子運動的快慢而改變。由於質能等價,這一質量最自然的方式是用能量單位來標註;物理學家說電子的質量約為 0.5 MeV,質子約為 938 MeV,而頂夸克高達 173 GeV。有些粒子,尤其是光子,靜止質量恰好為零,這些粒子總是以光速運動。在整個「粒子動物園」中,質量跨越極其巨大的範圍,卻沒有任何已被理解的規律——這個謎題被物理學家稱作質量層級。

質量之所以重要,是因為它幾乎支配了一個粒子的一切行為:它如何運動、它能否衰變成更輕的粒子,以及一開始要造出它需要多少能量。這裡有一個深刻且常被說錯的微妙之處。希格斯場賦予了基本粒子它們的靜止質量,但它並不是你所遇到的大部分質量的來源:質子質量的絕大部分——因而也是你身體重量的絕大部分——是束縛其夸克的強交互作用的能量,而非夸克本身那一點點由希格斯賦予的質量。

頂夸克的質量約為 173 GeV——大致相當於一整個金原子——而電子約為 0.5 MeV,輕了大約34萬倍。兩者都是基本的點粒子,質量卻相差懸殊,而沒有人知道為什麼。

粒子的質量跨越巨大且無法解釋的範圍。

希格斯賦予基本粒子質量,但日常物體的大部分質量並非來自希格斯——而是質子和中子內部強交互作用的束縛能。

又稱
rest massinvariant mass静止质量靜止質量