@ 2017.05.30 , 12:00

减肥失败?怪希格斯玻色子啊

由于“上帝粒子”这一外号,希格斯玻色子引发了公众的广泛兴趣。没有希格斯玻色子,就没有质量(这个说法其实还有待商榷)。没有上帝粒子,我们热爱、熟知的物理世界会戛然而止,一切将变的混乱不堪,粒子将会以光速飞溅,彼此间几乎不会产生任何相互作用。

我相信你曾无数次听到这样的说法:“有了希格斯波色子,才有了质量。”什么?!你没听说过,嗯,那你现在听说了!其实这条陈述并不严谨,似乎有点误人子弟:你的身体发肤,小到你的细胞,甚至是组成细胞的分子、原子、夸克的质量都是由上帝粒子造成的,但是这些质量只是你身体总质量很小的一部分。胖子常常向瘦子念叨:“减不下肥又不是我的错,明明是希格斯子的锅,我也很无奈啊”。真相真的是这样吗?

减肥失败?怪希格斯玻色子啊
希格斯玻色子。credit: 123RF

99%的质量来自能量

希格斯波色子在产生质量的过程中扮演了角色,但绝不是男一号,顶多是个跑龙套的。拿你的身体来说,身体由组织和器官组成,器官由细胞组成,细胞由分子构成,而分子又是原子的集合体。原子由原子核和电子云构成,而电子的存在感极弱,因为大多数情况下,电子的质量可以忽略不计。

再来看看原子核,我们可以发现质子和中子,他们集中了物质的大部分质量。你以为这样分类就结束了吗?天真!他们还可以继续分成更小的粒子——夸克(quark)。每个质子或者中子都是三个夸克的集合体。这三个夸克被胶子(gluon)绑在一起,而胶子则是一种强相互作用。

于是,事情变得诡异起来。把身体中组成质子和中子的所有夸克的质量加起来,你只会得到身体总重量的1%。

你没算错!组成你身体的基本粒子(夸克和电子)只占你体重很小很小的一部分。剩下的绝大多数的质量来自这些基本粒子之间的相互作用。捆绑、胶结夸克的胶子似乎没有质量,但它束缚着夸克,大大增加了相互作用的能量。

能量即质量!掰断一根火柴需要足够大的力气,把质子或中子掰开成夸克也要能量,爱因斯坦的质能方程E=mc2(E是能量,m是质量,c为光速,这条著名的公式揭示了质量和能力的转换关系)告诉我们,我们生活在质量即能量的宇宙中。

所以呢?!你绝大多数的体重来自质子和中子内部夸克的结合能,这些能量和希格斯玻色子毛关系也没有。这种结合能占据了物质质量的99%。

1%消失的质量

但“希格斯波色子创造了质量”的言论不是空穴来风,也有它的道理。希格斯波色子扮演的虽然不是男一号,但好歹是男七号、男八号吧:它解释了那1%的极小质量,电子和夸克你本身质量的部分。尽管电子和夸克只有□□小,但它们的重量也不能忽略不计啊,这可多亏了希格斯波色子。

这些基本粒子(电子和夸克)的质量又是如何产生的呢?通常情况下,希格斯子场(类似重力场)就像是浓稠的汤,或者是伸手不见五指的浓雾。希格斯子场弥散在整个宇宙,它阻碍着自由电子和夸克的运动,简单来说,希格斯子场与这些粒子的相互作用就是那1%的质量。

咳咳咳!划重点了!物质绝大多数的重量来自于质子和中子内部的夸克结合能,而能量就是质量。夸克和电子只占总重量的极少部分,这一部分主要就来自于希格斯子场和这些粒子的相互作用。

所以呢,减肥不成功别甩锅给希格斯波色子了,上帝粒子可是无辜的。

# 原文始发于公众号 牛油果进化论

本文译自 LiveScience,由译者 Hulk 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


给这篇稿打赏,让译者更有动力 !
支付宝打赏 [x]
您的大名: 打赏金额:
已打赏蛋友(4): 通俗易懂 · 确实通俗易懂 · 不见的星空 · 我的大名
4.4
赞一个 (20)

24H最赞