基础与自然单位

质量(作为粒子标签)

购物车比滑板更难推动,一旦动起来也更难停下。这种「不愿被推来推去」的阻抗,就是日常生活中我们所说的「质量更大」。每个粒子都有固定的这一份属性,而质量是三个基本标签——电荷、自旋之外——的第三个,用来说明某物是哪种粒子。

一个粒子的质量,是它的静止质量:它静止不动时所具有的质量,是一个不变的数,对那一类型的每个粒子都相同,且不随粒子运动的快慢而改变。由于质能等价,这一质量最自然的方式是用能量单位来标注;物理学家说电子的质量约为 0.5 MeV,质子约为 938 MeV,而顶夸克高达 173 GeV。有些粒子,尤其是光子,静止质量恰好为零,这些粒子总是以光速运动。在整个「粒子动物园」中,质量跨越极其巨大的范围,却没有任何已被理解的规律——这个谜题被物理学家称作质量层级。

质量之所以重要,是因为它几乎支配了一个粒子的一切行为:它如何运动、它能否衰变成更轻的粒子,以及一开始要造出它需要多少能量。这里有一个深刻且常被说错的微妙之处。希格斯场赋予了基本粒子它们的静止质量,但它并不是你所遇到的大部分质量的来源:质子质量的绝大部分——因而也是你身体重量的绝大部分——是束缚其夸克的强相互作用的能量,而非夸克本身那一点点由希格斯赋予的质量。

顶夸克的质量约为 173 GeV——大致相当于一整个金原子——而电子约为 0.5 MeV,轻了大约34万倍。两者都是基本的点粒子,质量却相差悬殊,而没有人知道为什么。

粒子的质量跨越巨大且无法解释的范围。

希格斯赋予基本粒子质量,但日常物体的大部分质量并非来自希格斯——而是质子和中子内部强相互作用的束缚能。

又称
rest massinvariant mass静止质量靜止質量