希格斯机制

真空期望值(vacuum expectation value)

/ VEV = vev /

通常我们以为空荡的空间里什么都没有——把所有空气和粒子都抽走,就得到一个完美的真空。但对希格斯场来说,最低能量的「空」态并不是什么都没有:这个场在各处都停在一个确定的、非零的水平上,即便在最深的真空里也如此。这个驻留的背景值——场在完全空无的空间里所保持的水平——就是它的真空期望值,通常简称VEV。它就像一座被淹没的山谷里静止的水面:不是浪,不是事件,只是那条始终存在的恒定基线。

定量地说,希格斯的真空期望值就是场在墨西哥帽势的环边上停下来的位置,它的测量值约为246 GeV(在粒子物理里用作场值代用的能量单位)。这一个数,定下了所有从希格斯获得质量的东西的质量尺度。任何粒子的质量,等于真空期望值乘以该粒子与希格斯场耦合的强度:强耦合乘以246给出重粒子,微小耦合给出轻粒子。W和Z玻色子的质量、电子和夸克的质量,全都是这个真空期望值乘以它们各自的耦合强度。如果真空期望值为零,这些粒子就全都没有质量。

真空期望值是「希格斯场被打开了」这句口号背后的具体数字。它标记了电弱对称性破缺的尺度——大致是把早期宇宙倒着回放时,希格斯场会重新化为零、对称性会恢复的那个能量。一点有用的提醒:246 GeV这个值以及各种耦合强度,都是从实验测出来的输入,并不是标准模型从第一性原理预言出来的;而真空期望值为何恰恰停在这个尺度上(而不是高得多),正是悬而未决的等级问题。

W玻色子的质量大约等于它的耦合强度的一半乘以希格斯真空期望值246 GeV,得到约80 GeV——与实验吻合。把真空期望值代成零,W就会变得没有质量。一个数字,246 GeV,锚定了整个电弱部分的质量谱。

质量 = 耦合 x 真空期望值:每一份希格斯赋予的质量都追溯到同一个246 GeV。

真空期望值不是「以粒子形式」储存、可供你提取的能量;它是一个场的静止水平。它的数值(246 GeV)是测出来的,不是推导出来的;解释它为何相对其他尺度如此之小,是一个未解的难题。

又称
VEVthe Higgs vevv = 246 GeV真空期望值