希格斯场赋予粒子无中生有的质量

　　千变万化的物质是如何产生的？这一话题在哲学史上争论不休，在科学上也一直探究不止。希格斯场为所有基本粒子赋予了质量，但宇宙中的大多数物质似乎来源于其它地方。在宇宙大爆炸之后不久，粒子从能量的衰减中获得了质量，而在宇宙诞生的＂零点＂时刻，所有的粒子都没有质量，它们在极端炙热的＂原始羹汤＂以光速移动，在宇宙＂原始时期＂的某个时点，希格斯场闪亮登场，一旦出世，希格斯场即刻弥漫到＂襁褓＂或＂婴儿＂的宇宙，基本粒子被赋予了质量。人们在今日地球的大舞台来回走动，在工作、爱情、娱乐、商业投资和财富增值的领地寻找机会，玩转音乐，窥探外星人的奥秘，发明了运算无极限的超级计算机和时速无极限的无人飞行器等等，从粒子物理学的角度讲，人们都得益于希格斯粒子的＂赋能＂。
　　希格斯场改变了粒子＂在世＂的环境和行为方式，科学家有一些常用的比喻，他们有时将希格斯场比喻为糖浆或粘稠的蜜汁，希格斯场降低了粒子在其中穿行的速度。科学家也将希格斯场比喻为社交大聚会，人们在聚会场合＂三三两两＂地交谈，客人在人群穿来穿去的速度受到阻扰，也有科学家将希格斯场比喻为一群＂你追我赶＂的狗仔队，当某个一线明星步入红地毯时，狗仔队和周围人群讯速地围拢上来，挡住了明星的脚步，想走却走不快，想躲却躲不及，但有一些社会名流被冷落了，狗仔队和粉丝不熟悉他们的面孔。在以上的比喻中，名气或人气成了质量的＂同义词＂，谁的名气或人气大，谁的脚步挪动得就慢，最有可能受到围观者的阻拦，他们和围观人群的交流机会越多，谁被聚光灯照射得越多，谁的名气和场面越大。
　　为什么开启了希格斯场？一些粒子和希格斯场发生了频繁的交互作用？一些粒子和希格斯场则发生了稀少的交互作用，甚至没有发生相互的作用？人们还不清楚其中的奥秘。哈佛大学物理学系的理论物理学家、马特·斯特拉斯勒助理教授解释说，为什么希格斯场的发现仅是个开端？这是因为有关希格斯场的一大堆问题没有得到解决。
　　希格斯场赋予基本粒子以质量，电子、中微子和其它基本粒子不再分为更小的成分，但它们仅占整个宇宙物质的微小部分，其余物质来自于由夸克组成的质子和中子，夸克、质子和中子通过所谓的强相互作用产生质量。每一个质子或中子由三个夸克组成，高速运动的三个夸克聚合在胶子的作用下，胶子传递了夸克之间的强核力，夸克和胶子相互作用的能量赋予质子和中子以质量，这与希格斯场赋予夸克以质量的机制有所不同。
　　质能方程式并非爱因斯坦最先提出，但他对这一方程式按照相对论进行了推导和解释，物质的能量等于质量与光速平方的乘积，这无疑说明了在夸克、质子和中子层次的物质中蕴藏了可观的能量。爱荷华州立大学的物理学家约翰·拉乔伊解释说，三个夸克聚合为一个质子，结果出乎意料，在一个微小空间聚集了巨大的能量密度。质子由两个上夸克和一个下夸克组成，中子则有一个上夸克和两个下夸克组成，它们的构成方式十分相似。
　　从强相互作用几乎获得了同等的质量，但中子质量比质子质量多出了一点，这一微小的质量差很关键，中子在衰变为质子的过程提升了化学和生物学的作用，如果质子更重一点，那么它们不会衰变为中子，我们今天看到的宇宙将不会存在。费米实验室的理论物理学家安德里亚斯·克朗菲尔德解释说，下夸克与希格斯场的相互作用更为强烈，下夸克因此获得了更多的一点质量。这是质子和中子出现微小质量差异的原因。
　　基本粒子从希格斯场获得了质量，但似乎也有例外，自成体系中微子有极其微小的质量，中微子质量比电子质量小了100万倍，它是自然世界第二轻的粒子，呈电中性，几乎不与其它物质发生任何作用，科学家对中微子如此之轻感到十分迷惑，目前，理论物理学家正在考虑其它可能性的解释，比如：中微子可能是它们自身的反粒子，从而得到了一种解释。反物质版本的中微子和物质版本的中微子可能是同一的，如果这种同一性得到了物理实验的证实，那么这意味着中微子从其它渠道取得了少许质量，而不是从它和希格斯波色子的相互作用中获得质量。物理学家在2012年发现了希格斯玻色子，但没有充分解释它的质量形成机制。
　　中微子必然从希格斯场之类的源泉取得质量，极其微小质量的中微子分布在整个的宇宙空间，人们对中微子的存在没有一点感觉，中微子取得质量的＂场＂可能就是其它基本粒子取得质量的希格斯场，也可能存在某种希格斯粒子的远房＂堂表兄妹＂，＂异形希格斯场＂给中微子提供了微乎其微的质量。不排除中微子质量来源于某种额外场域的可能，从而解释了中微子质量之谜的谜题，这也是现代物理学的＂一朵乌云＂，始终萦绕在物理学家的头顶。
　　西北大学的理论粒子物理学家安德烈·德·古维阿解释说，有些科学家对中微子质量来源的可能性解释感到十分欣慰和兴奋，新奇的解释方式与希格斯场的质量机制没有关联，这是全新解释的质量来源。新奇的质量形成机制也许与宇宙中的暗物质有关，物理学家普遍认为，暗物质数量远超普通物质数量，未发现的暗物质粒子也许从其它的机制取得了质量。古维阿解释说，自然倾向于经济的法则，同样的粒子和场可能用于解释所有的怪异现象，问题是科学家还不能用希格斯场的机制彻底解释中微子微小质量的来源谜题。
　　（编译：2016-5-13）
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