夸克与强相互作用

组分夸克质量与流夸克质量(constituent vs current quark mass)

问一句「一个上夸克有多重?」,你会得到两个截然不同、却都正确的答案,因为这个问题本身含糊。一个是夸克作为基本粒子单独存在时的质量——极小;另一个是它一旦披上质子内部翻腾的强相互作用场后,看起来所携带的、大得多的有效质量。这两者就是流夸克质量和组分夸克质量。

流夸克质量是出现在 QCD 方程里的裸的、内禀的质量——来自与希格斯场的耦合那一部分。对上夸克和下夸克来说,这只有几 MeV,几乎可以忽略。组分夸克质量则是这样得来的:假装质子不过是三个夸克粘在一起,并要求它们的质量加起来等于质子的质量,于是每个夸克约 300 MeV。两者之差——占绝大部分——根本不是夸克本身。它是围绕夸克的胶子场以及一大群虚夸克的能量,这份能量通过 E = mc² 表现为质量。

这个区分蕴含着全部物理学中最重要的教训之一:普通物质的质量大部分并不来自希格斯。希格斯赋予上、下夸克那几 MeV,但质子质量——因而也是你身体质量——的九成以上,是纯粹的强相互作用能量,是 QCD 从几乎无质量的夸克的束缚中变出来的。组分图景是低能强子世界里一个方便的记账工具;流质量才是诚实的基本参数。

上夸克的流质量约 2 MeV,但它在质子内部的组分质量约 300 MeV。三个组分夸克大致相加,约等于质子的约 938 MeV。

流质量与组分质量之间的差距是强相互作用的能量——这才是质子大部分质量的真正来源。

「希格斯赋予万物质量」这一流行说法具有误导性。希格斯设定基本粒子那些小小的流质量;而日常质量的绝大部分是 QCD 的束缚能,根本不是希格斯。

又称
constituent quark masscurrent quark mass组分质量流质量組分質量流質量