传力粒子
两个滑冰的人可以靠来回抛接一个重球把彼此推开:每一次抛、每一次接都会推动他们一下,于是这个被交换的球在两人之间造出了一种力,而谁都没碰到谁。粒子物理学对基本力的设想也大体如此:粒子并不是伸手去抓住对方,而是交换另一些粒子。这些被交换的粒子,就是传力粒子,是与物质粒子并列的自然界第二大家族。
传力粒子,是在物质粒子之间被交换、从而传递某种基本力的粒子。每一种已知的力都有自己的载体:光子传递电磁力,胶子传递强相互作用,W 玻色子和 Z 玻色子传递弱相互作用。(引力预期也有载体,即引力子,但它从未被探测到,也不属于已被检验的理论。)这些载体都是玻色子,与作为物质的费米子正相反:与物质粒子不同,许多相同的玻色子可以堆进同一个态,这正是力能够累积、光能够强烈的原因。一个微妙之处是:日常各种力中被交换的载体,通常是虚粒子——它是计算中的一种记账工具,而不是你能在飞行途中抓住的东西。
传力粒子的思想,是标准模型描述相互作用的主干:每一种力都是粒子被发射和被吸收的故事。比如它解释了为什么电磁力能横跨整个宇宙(它的载体光子没有质量),而弱相互作用却几乎伸不出原子核(它的载体 W 和 Z 非常重)。同一套框架在 W 和 Z 玻色子被发现之前就预言了它们,而把这些载体联结进一幅统一的图景,是这个领域最伟大的成就之一,也是尚未完成的工程之一。
两个电子相互排斥,是因为它们之间交换了一个光子——电磁力的载体。从来看不到有光子离开或到达;这种交换,是排斥力的数学画成图时所呈现的样子。
力的作用,是在物质粒子之间交换载体粒子。
在一种普通力内部被交换的载体,多半是虚粒子——一种计算工具,而非真的被看到在粒子间飞行。真实、可探测的载体(比如一个真实的光子,或一个真实的 W 玻色子)确实存在,但那是另一种「现身」的情形。