警示
希格斯机制非常有效,它赋予夸克、轻子和弱规范玻色子质量,却又不会作出荒谬的高能预言,而且还解释了光子的根源。然而,希格斯粒子还有一个根本属性,物理学家至今未能完全理解。
弱电对称必须在250GeV的能量上打破,才能使粒子获得测得的质量。实验显示,能量超过250GeV的粒子似乎没有质量;而能量低于250GeV的粒子好像有质量。但只有当希格斯粒子(有时也称做希格斯玻色子)本身也是这一质量时(再次说明,使用E=mc2进行转换),弱电对称才会在250GeV的能量上破缺。如果希格斯粒子质量过大,弱电统一理论就不会有效。如果希格斯粒子质量更大,对称破缺就会发生在更高的能量,而且弱规范玻色子也会更重——这便与实验结果产生了矛盾。
但是,希格斯粒子很轻也会带来重大的理论问题,我会在12章解释原因。由量子力学得出的计算表明,希格斯粒子会很重,而物理学家还弄不明白为什么希格斯粒子的质量会这么小。这一两难境地非常关键,它会激发出新的粒子物理观点和后面我们将探讨的额外维度模型。
即便不了解希格斯粒子的确切性质以及它为什么这么轻,但其对质量的要求告诉我们,10年内将在瑞士CERN投入运行的大型强子对撞机(LHC),一定会发现一个或多个关键的新粒子。无论是什么让弱电对称破缺,但它一定具备大约弱力级的质量。我们期待LHC会发现它究竟是什么,如果真能如愿,这一至关重要的发现会大大增进我们对于物质基本结构的了解。它还可以告诉我们,所有解释希格斯粒子的假说(如果有的话),究竟哪个才是正确的。
但是,在我们研究这些假说之前,我们先要看标准模型的一个可能,它的提出纯是出于对一个简洁的自然的兴趣。下一章我们将探讨虚粒子、力对距离的依赖以及一个引人入胜的话题:大统一理论。
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