希格斯粒子质量的不自然性

​

2012年，大型强子对撞机（LHC）终于得出最重要的发现——希格斯玻色子，它是已有50年历史的粒子物理学标准模型（Standard Model, SM）的方程组的基石，该模型描述了17个已知的基本粒子。

希格斯粒子的发现，证实了标准模型方程中描述的一个引人入胜的故事。大爆炸（Big Bang）之后的片刻，整个空间中一种名为希格斯场的实体突然充满了能量。

高能的希格斯场中充满了希格斯玻色子，基本粒子们由希格斯场的能量而获得质量。当电子、夸克和其他粒子在空间中移动时，它们会与希格斯玻色子相互作用，并以这种方式获得质量。

1975 年，标准模型完成，其建立者几乎立即注意到了一个问题。当希格斯粒子给予其他粒子质量时，其他粒子的质量会反过来影响希格斯粒子的质量，所有粒子一起相互作用。

物理学家可以为希格斯玻色子的质量写一个方程，其中包括了与它有相互作用的每个粒子的作用。所有已发现的有质量的标准模型粒子都对方程有贡献，但方程中原则上还应包含其他的贡献。

希格斯粒子应该与数学上更重的粒子混合（有相互作用），直至包括普朗克尺度的现象，即达到与引力、黑洞和大爆炸的量子性质相关的能级。普朗克尺度的唯象学原则上会为希格斯质量贡献数量级巨大的项——大约是实际希格斯质量的1017倍。

自然我们会期望希格斯玻色子和它们差不多重，从而使其他基本粒子的质量增大。而这样会因为粒子太重而无法形成原子，宇宙将空无一物。

为了解释希格斯粒子为什么依赖如此高的能量却能如此之轻，必须假设普朗克尺度对其质量的一部分贡献是负的，而另一部分是正的，并且两者都被精细调节到恰到好处以完全抵消。

这似乎非常荒谬，除非有某种原因——就像为了使铅笔的笔尖保持平衡，要让气流和桌子振动相互抵消一样。物理学家认为，这种精细调节而相互抵消是“不自然”的。

文章摘录于：

https://www.quantamagazine.org/crisis-in-particle-physics-forces-a-rethink-of-what-is-natural-20220301/