质量的秘密,本来无一物,质量究竟从何而来?全靠上帝粒子?
“本来无一物,何处惹尘埃”,“色即是空”,“四大皆空”……我们经常都能在影视作品中听到这些富有禅理的话语。它将我们的万物都归结于虚无。万物的本质是“空”,用如今的科学来审视这些言语,发现里面竟蕴藏着巨大的秘密!“质量”一个看似平常,但却无比玄奥的物质标签。
众所周知,我们身边的万事万物都是由原子构成的。而原子则是由原子核与电子构成。可是这两者在整个原子中所占的比例却少之又少。若把整个原子比作一个操场,那原子核就相当于操场中央的一个足球。电子呢?仅是按一定随机概率出现在操场上的细砂粒,在操场上再无其他东西了。偌大的原子绝大部分都是空空荡荡的,原子内99.999%以上都是空的。我们口渴时,喝下一杯实实在在的水,谁能想到,我们饮下的绝大部分只是空间本身。
“万物皆空”的震撼还远不仅如此,原子核里更是另有乾坤。原子核由质子和中子组成,组成质子、中子的更基本粒子是夸克。研究表明,物质内夸克的总质量竟只有质子质量的1%,那物质另外99%的质量从何而来?答案就是把这些夸克束缚在一起的能量。毋容置疑,核武器之所以亏损极小的质量,就能释放出毁天灭地的巨大能量,原因就在于此,E=MC∧2,告诉我们每个有质量的物体都具有极大的能量。
组成万物最为关键的,那“1%的质量”究竟是怎样产生的?夸克、电子、中微子、介子等等这些基本粒子的质量究竟是怎么来的?若是这个问题不能圆满解决,现代物理学的支柱之一量子力学,始终将被阴霾笼罩。
希格斯玻色子就是攻克这最后堡垒的关键。著名理论物理学家彼得·希格斯在1964年提出了希格斯玻色子,及希格斯场理论,解决了万物的质量从何而来的终极疑问。希格斯机制中,希格斯场引起自发对称性破缺,并将质量予规范传播子和费米子。希格斯粒子是希格斯场量子化激发,它通过自相互作用而获得质量。根据希格斯机制,基本粒子因与希格斯场耦合而最终获得质量。
简而言之,我们的宇宙空间中充满了希格斯粒子所产生的希格斯场,各种基本粒子在穿过希格斯场的时候,会受到它的阻滞作用,进而表现出质量。夸克受到的阻滞作用较强,所以夸克获得的质量就较大。而电子受到的阻挡较小,所以其表现出来的质量也很小。光子不受希格斯场的阻滞,所以它不具有静止质量。
2013年3月14日,在希格斯理论提出的半个世纪里,通过科学家不懈地努力,欧洲核子研究组织,终于确认在大型强子对撞机里发现了这种赐予万物质量的“上帝粒子”!彼得·希格斯也因此荣获物理学界的最高荣誉,2013年的诺贝尔物理学奖,在得知消息时,这位年过八旬的老科学家满脸热泪。
希格斯玻色子尘埃落定后,20世纪兴起的量子力学的标准模型理论就基本“封顶”了。但质量的谜团还远没有结束,在整个宇宙中,我们可见的普通物质仅占总质量的约5%,其余约95%的质量是神秘的暗物质与暗能量。在21世纪的百年间,人类能揭开这些“质量”的神秘面纱吗?
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