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2014-7-5 12:49
希格斯粒子如何塑造我们的世界

摘要 : 如果没有希格斯粒子,世界将会完全不同!夸克和轻子之类的物质基本粒子将没有质量。

习斋2014-7-5 12:493880
/来自: 环球科学(huanqiukexue.com)
如果没有希格斯粒子,原子直径就会有十几厘米,甚至更大。

  如果没有希格斯粒子,世界将会完全不同!夸克和轻子之类的物质基本粒子将没有质量。不过这并不意味着宇宙不包含质量。从标准模型中得出的一个观点认为,质子和中子之类的粒子,其实是一类奇异物质的典型代表。宏观物质的质量几乎全部来自于构成该物质的原子,质子却不同,构成质子的基本粒子总质量还不到质子质量的1/10。(实际上,质子中夸克的质量连质子质量的2%都不到。)质子的大部分质量来自于将夸克约束在很小体积中的那部分能量(通过爱因斯坦质能方程m=E/c2可以把能量换算为质量)。中子也是如此。由于宇宙中的发光物质主要是质子和中子构成的恒星,因此宇宙中几乎所有的可见质量都来源于禁锢夸克的能量。不过这种观点的价值目前还没有得到充分的认同。

  也许有人认为,由于电荷本身携带有能量,带正电的质子应该比不带电的中子更重一点。然而在现实世界中,中子却比质子稍重。这个重要的细节,就必须用夸克拥有质量来加以解释。如果没有希格斯粒子,夸克的质量为零,质子就会比中子更重,放射性β衰变的反应过程也会颠倒过来。在现实世界里,一个脱离原子核的中子,平均会在15分钟内衰变为一个质子、一个电子和一个反中微子(antineutrino)。如果夸克的质量消失,自由质子就会衰变为一个中子、一个正电子和一个中微子。因此,氢原子将不复存在。最轻的“原子核”将是中子,而非质子。

  在标准模型中,希格斯粒子将电磁力与弱相互作用区别开来。如果没有希格斯粒子,夸克和胶子之间的强相互作用将担起这一“重任”。强相互作用把有颜色的夸克约束在没有颜色的质子之中,因此也可以区分电磁力和弱相互作用,给W和Z玻色子赋予较小的质量,而让光子质量仍然为零。强相互作用不会给电子和夸克赋予任何质量。在这种情况下,β衰变的速度将比现实世界快几百万倍。

  在没有希格斯粒子的宇宙里,一些轻原子核会在宇宙早期形成,并留存下来,但它们绝不会形成我们所熟悉的原子。原子的半径与电子质量成反比,如果电子质量为零,现实世界中直径不超过1纳米的原子就会变得无穷大。即使其他效应给电子赋予了极小的质量,原子也会变成一种“宏观物体”。在一个连原子都如此巨大的世界里,化学过程将不可能发生,固体和液体之类的稳定物质状态也将不可能存在。
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