夸克与强相互作用
强耦合的跑动(running of the strong coupling)
我们通常把一种力的强度想成一个固定的数。但在量子世界里,一次相互作用表观上的强度,取决于你看得多近——取决于你所用探针的能量。物理学家把这种会变化的强度叫做「跑动」耦合,而强相互作用的跑动最为戏剧化。衡量强相互作用强度的那个数,记作 alpha_s,在低能时很大,随能量升高而缩小。
强度为什么会变?电荷附近的「空」间其实并不空:它沸腾着稍纵即逝的虚粒子,会部分地屏蔽或反屏蔽这个电荷。对于电磁,这层云屏蔽电荷,所以你探得越近,力看起来略强一些。对于强相互作用,胶子的自相互作用占了上风,做的是相反的事:它「反屏蔽」,所以你探得越近(能量越高),力看起来越弱。alpha_s 随能量下降的这一趋势,正是渐近自由用一个数表达出来的样子。
这种跑动不是空口说白话——它是被测量出来的。在大致相当于 Z 玻色子质量的能量(约 91 GeV)处,alpha_s 约为 0.118;在更低的能量上它向 1 乃至更高攀升,到那里计算便不再可靠,禁闭接管一切。许多不同能量下的实验描出了这条下降曲线,它与 QCD 的预言精确吻合——这是该理论正确性最锐利的确认之一。描述耦合如何随能量跑动的数学工具,叫做重整化群。
测得的 alpha_s 从几 GeV 处约 0.3 下降到 91 GeV 处约 0.118,恰好描出 QCD 预言的曲线。
强耦合 alpha_s 随探测能量升高而缩小——这一点跨越多个数量级的能量都被测量到了。
把 alpha_s 叫做「常数」是历史遗留的误称;它并非常量,而是随能量变化。电磁耦合也如此,只是变化更温和。并不存在一个唯一的「强相互作用强度」——只有在指定标度下的强度。
又称
另见