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希格斯场在电磁力和弱力统一中的作用

       用无质量的粒子来表达物理理论是最容易的,所以在粒子物理里,科学家倾向认为粒子没有质量,但是显然我们通过试验就能清晰地观测到粒子应该具体质量的特性,特别在碰撞试验中!正是这种相互脱节的状况,使得理论物理学家为了统一电磁力和弱力花了数十年时间

       统一这两种力当然最困难的是写一个方程描述两种力,弱力的作用距离只有10-18米,而电磁力比弱力又强了1000倍,对于电磁力的方程来说,我们用数值相同,方向相反的量代替他们的时候,我们还是会得到相同的理论,但是弱力的话,你会得到相反的理论!所以对于新的这个方程必须能解释这一切既有变化又没有发生变化的变化,所以想想就会觉得很难,而且有点参禅悟道的意思

       因为这个想法很有意思,而且如果这个理论证明成立就能打开一个新的高地,爱因斯坦这个物理学那个最粗的大腿,一直就想着统一理论,所以如果能把电磁学和弱力理论统一了,这事情果真就集中了很多的聪明人来干了,很明显如果解决了这个问题,就一定扬名立万了,事实上,果真参与这个问题研究的物理学家中,最后有八个人获得了诺贝尔奖

       回到原来的方程问题上来,理论物理学家最终写出的方程同时包括了电磁力和弱力:光子以及弱力的三个载体(玻色子),理论上,要求这个四个信使粒子都是无质量的,事实上,除非这四个粒子是无质量的,否则就写不出费米子质量粒子通过玻色子携带力粒子而发生相互作用!(老实说这句话我还有再查一下,先认为是对的,记下来)这个假设无质量的理论最终还是推动着方程式的进步,但是问题还是存在,包括质量的来源问题

       这个问题直到理论物理学家希格斯设想了一个场理论,才出现了曙光!在物理学中,类比这个事情是经常拿出来想想的,比如粒子碰撞问题就类比打台球,动能,动量的表达形式都是通过台球在撞击过程中被启发出来的!希格斯场最初是类比引力场的,引力场是大名鼎鼎的爱因斯坦想象出来的,也是通过脑力实验,通过突然断开牵引绳的电梯做自由落体运动(高中物理习题册中有大把的这样的脑力题,通常就是看考生能不能准确地做受力分析),保龄球压着床垫类比出来的,并且引力场理论已然通过时间的考验了

      回来这个希格斯场理论,他说的是存在这个这么一个希格斯场,这个场会跟不同的粒子相互作用,但是产生的作用各不相同,也就是说,这个场会破坏对称性!不急,慢慢来说,就是说这些粒子之前曾经是相同的,但是经过这个场,现在不同了,这就是熟知的对称性破坏了的概念!还记得开头说的,“新的这个方程必须能解释这一切既有变化,又没有发生变化的”,是不是就对上了,这个说的就是对称性的破坏,(关于对称性破坏的概念,一个丰碑就是杨-李二人的宇称不守恒)

       在电磁力和弱力中的信使粒子都是无质量,呈现的性质是是对称的,但是把他们放进希格斯场后,跟着希格斯场发生了作用,希格斯场产生了对称性破坏,而打破对称性的方向就是质量,具体来说,原本的四个无质量的携带力的玻色子变成了一个无质量的光子和三个有质量的W+,W-,Z0的玻色子,后三个是引发弱力的!这样电磁力和弱力就统一成了电弱力

       简而言之,希格斯场也是质量的来源,也是统一了电磁力和弱力

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