强子与夸克模型
强子质量的起源(origin of hadron mass)
大多数听说过希格斯玻色子的人都相信它解释了质量从何而来。对于基本粒子——夸克、电子——这大体正确。但对于你真正称量得到的日常质量,这几乎完全错误。一个质子由三个夸克构成,可把这些夸克的质量加起来,只得到质子质量的约百分之一。那么另外的百分之九十九从何而来?
答案是能量。在质子内部,夸克被由胶子传递的强相互作用束缚着,而那个力场携带着巨量的能量。按爱因斯坦的关系 E = mc^2,能量和质量是同一回事,所以那翻腾的强场的能量便表现为质量——约占质子的 99%。胶子本身无质量,夸克也几乎无质量,然而整个系统却很重,原因仅仅是把这些部件禁闭在如此狭小的空间里需要极多的能量。
这是物理学中最深刻、却最被低估的事实之一:普通物质几乎全部的质量——因而也是你自身几乎全部的体重——并不是「物质」,而是被封存的强相互作用能量。希格斯赋予夸克它们那点微小的内禀质量,但其余部分由强相互作用——量子色动力学所描述的——提供。纯粹从夸克和胶子的理论出发、从头算出质子的质量,是称为格点 QCD 的巨型计算机模拟的一项里程碑式成就。
质子质量约 938 MeV。三个夸克只贡献约 9 MeV 的内禀质量;其余约 99% 是强相互作用的能量,通过 E = mc^2 表现为质量。
质子几乎全部的质量,是被封存的强相互作用能量,而非其夸克的质量。
不要说「希格斯赋予万物质量」。希格斯赋予基本粒子它们的质量,但你身体绝大部分的质量,是质子和中子内部的强相互作用束缚能。
又称
另见