MeV、GeV、TeV
/ em-ee-VEE, jee-ee-VEE, tee-ee-VEE /
钱有元、千、百万;你不会用一块一块的钱去买房子。电子伏特同样太小,对粒子物理学的大多数场合都不顺手,于是物理学家堆上常用的公制词头,得到越来越大的单位。你最常遇到的三个是 MeV、GeV、TeV——每个都是前一个的一千倍——记住它们大致的大小,就像学会在这个领域里读价签。
这道阶梯很简单:一个 MeV(兆电子伏)是一百万 eV,一个 GeV(吉电子伏)是十亿 eV(一千 MeV),一个 TeV(太电子伏)是一万亿 eV(一千 GeV)。每一级都有它自然的归宿。MeV 是核物理和较轻粒子的尺度:电子的质量约为 0.5 MeV,一次典型的核衰变释放几个 MeV。GeV 是质子(约 0.94 GeV)和日常「粒子动物园」大多数成员的尺度。TeV 则是当今最大加速器的前沿:大型强子对撞机让质子以数 TeV 的能量相撞。
这些单位之所以重要,是因为在粒子物理学里能量和质量是同一种货币,所以一台对撞机能达到的能量直接决定了它能造出哪些粒子。要造出某个给定质量的粒子,碰撞中至少要有那么多可用能量——这正是为什么发现 125 GeV 的希格斯玻色子需要一台 TeV 量级的机器,也是为什么提出下一个发现往往意味着提出一台能量更高的对撞机。一个小小的诚实提醒:对撞机标榜的能量(比如 13 TeV)是两束粒子之和,但在任何一次质子对质子的单次相撞中,只有一小部分是真正可用的,因为质子是复合的,真正的碰撞发生在它们的夸克和胶子之间。
质子约为 0.94 GeV,希格斯玻色子约为 125 GeV,而大型强子对撞机的束流可达数 TeV。在这道阶梯上每登高一级,就解锁了研究或创造更重粒子的能力。
MeV、GeV、TeV 每级以一千倍递增——你能研究的对象也随之扩展。
对撞机标注的能量是两束粒子之和。由于质子是复合的,真正在夸克对夸克的碰撞中可用的,只是其中一小部分能量,而新粒子正是在那次碰撞里产生的。