意外收获
标准模型还有一个更为成功的特点我没有解释,尽管随后的几章都离不开希格斯场,但与希格斯机制的这一独特方面却并无联系,可因为它是那么的神奇和出人意料,所以还是值得一提。
希格斯机制不仅仅给我们解释了弱力,令人吃惊的是,它还给出了一个新的见解,让我们知道电磁力为什么特别。20世纪60年代以前,没人会想到电磁场还有新的东西需要学习,因为一个世纪前,人们就把它彻底领会了。但到了60年代,由格拉肖、温伯格和萨拉姆提出的弱电统一理论显示,当宇宙在高温、高能之下开始它的演变时,有三种弱规范玻色子,还有一个有着不同作用强度的独立的中性玻色子,而如今无处不在的重要的光子那时却不在此之列。弱电统一理论的作者从数学和物理两方面的线索都推导了这四种弱规范玻色子的性质,在此,我不再细述。
令人瞩目的是,光子原来没什么特别的。事实上,现在我们谈论的光子是原来四个规范玻色子中的两个混合的产物。之所以将光子单列出来,是因为它是参与弱电统一作用力的唯一规范玻色子,弱电统一作用力对真空的弱荷无动于衷。光子最为独特的特征就是,它会不受羁绊地自由穿越充满弱荷的真空,因此也就没有质量。
与W和Z不同,光子的行驶不会受到希格斯场非零值的阻挡。这是因为,尽管真空带有弱荷,却不带电荷。光子传递的是电磁力,它只与带电物体相互作用,因此,光子能在很大的范围内传递力,而不会受到真空的干涉。由此,光子就成了唯一无质量的规范玻色子,即便在非零的希格斯场里也能保持无质量。
这一情形非常类似于艾克所必须遵守的速度限令(虽然无可否认比喻的这部分有点牵强)。限速令让那些普通的车自由驰骋,而不惩罚它们。光子就像普通的中性车一样,总能不受约束地自由穿行。
谁会想到这个?多年来,物理学家以为他们完全了解了光子,然而其来源却只有由一个更为复杂的、融合了弱力和电磁力的统一的新理论才能作出解释。这一理论通常被称做弱电统一理论,其相关的对称称做弱电对称。弱电统一理论和希格斯机制是粒子物理的主要成就,弱规范玻色子的质量及光子的意义都在这一框架内得到了完美的解释。更为重要的是,它让我们理解了夸克和轻子质量的来源。刚才我们遇到的这些概念虽然非常抽象,却能完美地解释宇宙的许多特征。
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