夸克，胶子和希格斯场的关系

希格斯场理论，是物理学家彼得.希格斯在1964年提出的。是一种假定遍布于全宇宙的量子场。按照标准模型的希格斯机制，某些基本粒子因为与希格斯场之间相互作用而获得质量。希格斯玻色子是希格斯场的振动。

根据该理论，费米子、W玻色子、Z玻色子因为自身的吸引力，通过希格斯场获得质量，而光子、胶子由于自身没有吸引力，其通过希格斯场的质量为零。希格斯机制应用 自发对称破缺 来赋予粒子质量。

既然有希格斯场，那有没有希格斯物质呢？我认为有，2003年1月至3月，美国能源部下属的布鲁克黑文国家实验室科学家，利用相对论重离子对撞机（RHIC）进行的一系列实验，其中包括金核与氘核（氘－金）对撞的实验、两束氘核（氘－氘）对撞实验，并与所做的两束金核（金－金）对撞的实验结果作对比分析，发现了呈液体状态夸克胶子等离子体。有可能希格斯物质与夸克胶子等离子体为同一物质。

按照量子物理基本模型，光子和胶子是没有质量的。上夸克的质量为1.7 to3.3（ MeV/c2 ），下夸克的质量为 4.1 to 5.8（ MeV/c2 ）。两个上夸克和一个下夸克组成质子， 两个下夸克和一个上夸克组成中子。质子的质量为938百万电子伏特/c²(MeV/c²)，即1.672621637（83）×10-27千克，大约是电子质量的1836.5倍，中子的质量为 1.6749286 ×10 -27 千克（939.56563兆电子伏特），比质子的质量稍大。

美国加利福尼亚劳伦斯伯克利国家实验室，通过实验得出：质子的质量9%来源于夸克，32%来源于夸克内部的能量，36%来源于胶子的能量，23%围绕夸克和胶子的相互作用时发生的量子效应。像质子、中子一类复合粒子的质量，只有约1%是归因于将质量赋予夸克的希格斯机制，剩余约99%是夸克的动能与强相互作用的零质量胶子的能量。

可以看出，希格斯机制并不是使用一种奇迹式的“无中生有”方法来生成粒子质量，而是从以能量形式储存质量的希格斯场将质量转传给粒子。为了说明胶子是怎样产生夸克的，目前比较流行的是“通量管”学说（也称橡皮筋学说），当通量管被拉长时，会出现张力，因此将夸克***闭于强子内部。当通量管被拉到足够长之时，在能量方面，从真空制成一个夸克-反夸克对会比一味地增加通量管长度更为有利，这时，继续拉长通量管可能会导致通量管会断裂，形成一个夸克-反夸克对。

相对于夸克，胶子和希格斯物质场的关系，“通量管”学说只是提供了一种可能性。毕竟到目前为止，并没有实验观察到实际的情况，哪怕是间接的。那三者的关系除了“通量管”学说，有没有另外的可能呢？我们可以探讨一下：

在宇宙大爆炸发生时，由于不均匀性，不同部位的能量是不同的。物质的形态也千差万别。通过不断的撞击，摩擦，分解，重组，一部分物质形成了裹挟能量的夸克胶子等离子体。在这液化的物质离子体中，能量以胶子的形态存在，胶子好比一个容量很大的电容，拥有巨大的能量。两端带相同的正电荷和负电荷。所以整体没有吸引力。胶子与等离子体接触时，由于相位差的关系，会产生放电现象。即两端放出相等的正负电荷，与离子体中形成两个带电荷的离子球体。即正反夸克，由于带正负电荷，所以拥有质量。

在现实世界中，也有类似的情况出现。比如特斯拉线圈和自然界中难得一见的球型闪电，形成的原理和夸克有可能有许多相似之处。为此，俄罗斯科学家还专门作了这个方面的研究。

据俄《科学信息》杂志报道，俄罗斯科学院圣彼得堡康斯坦丁核物理研究所专家在研究中发现，球状闪电由呈阳性的氢离子和呈阴性的氢氧基离子构成，球状闪电中的这些离子被水汽包裹着，水分子能够阻止两种离子结合到一起，从而使得球状闪电能够存在一些时间。根据这种特点，他们在实验室中制造出了球状闪电。

在宇宙大爆炸期间，形成了许多夸克胶子等离子体。它们不断地相互撞击，摩擦，分解，重组，会生成了许多带有不同能量的胶子。有的胶子单独生成正负夸克，如W玻色子、Z玻色子等。有的者首尾相连，形成胶子组。现在有发现四个胶子，五个胶子的组合。其中三个胶子的组合最稳定。在地球上发现的只有上夸克和下夸克，其他夸克绝大多数都是在宇宙射线中发现的。质量大的夸克会不断地衰变，直到稳定状态。

不同能量的胶子，通过正负相吸的原理组合在一起。在两个胶子的结合部通过放电形成夸克。夸克的电荷大小和电性由相邻的两个胶子决定。夸克通过电荷引起的一系列反应吸引等离子体的物质，形成质量。如果相邻的两个胶子能量相同，则有可能形成光子。光子由于携带正负相反和电荷相等的能量，不具吸引力（由于光子表面具有电离层，是否拥有质量需进一步探讨），即不会有电离层的物质吸附上来。胶子，夸克最稳定的组合就是质子，它的衰变期达130亿年。

希格斯玻色子是以什么样的方式存在于粒子中的？

希格斯玻色子是零自旋且无核结构的粒子，在2013年发现希格斯粒子以前，物理学家甚至不能确定无核结构的标量场是否能被实验证明。

从题主的问题中，我可以很负责地说，题主不懂量子场论。量子场论早已很明确地解释清楚了希格斯机制和粒子质量的关系。一个粒子要想有质量，就必须要与希格斯玻色子有相互作用。但是，目前来说，我们现在只有唯象理论来解释质量起源。这个唯象理论叫“对称性自发破缺”。希格斯玻色子存在自相互作用项，这是量子场论最基础的、最简单的相互作用理论，而矢量场——规范玻色子——与希格斯玻色子也存在相互作用，因此对称性自发破缺一样，希格斯玻色子和矢量场就能带上质量。至于为什么会带上质量，这就需要懂一些量子场论的知识。粒子的质量来自于粒子场的拉格朗日函数密度里的场量二次方项，一般来说希格斯机制可以让相互作用项中破缺出场量的二次方项，所以质量就出现了。值得一提的是，希格斯机制只能解释玻色子质量，对费米子质量还需要考虑手征对称性破缺。

希格斯玻色子的出现既是好事，也是坏事！说它是好事，是因为找到希格斯玻色子以预示着粒子物理学标准模型的合理性，但是同时却因为希格斯玻色子质量太小而否定了粒子物理学标准模型的自然性！希格斯玻色子的质量的数量级只有100GeV，而普朗克能量却比希格斯玻色子高出17个数量级，这意味着粒子物理学标准模型如果只能在普朗克能量以下的能标区成立，那么我们需要计算到34位有效数字才能将粒子物理学标准模型下的量子场论振幅算“对”。这是极为不自然的!

粒子物理学标准模型正是“成也希格斯玻色子，败也希格斯玻色子”！所以，越是了解当代物理学越是对当代物理学没有底气。

希格斯场详细资料大全

希格斯场 （英语：Higgs field），以物理学家彼得·希格斯姓氏为名，是一种假定遍布于全宇宙的量子场。按照标准模型的希格斯机制，某些基本粒子因为与希格斯场之间相互作用而获得质量。希格斯玻色子是希格斯场的振动。假若能够寻找到希格斯玻色子，则可以明确地证实希格斯场也存在于宇宙，就好像从观察海面的波浪可以推论出大海的存在。连带地，也可确认希格斯机制与标准模型基本无误。

基本介绍

中文名 ：希格斯场 外文名 ：Higgs field 隶属 ：希格斯机制 提出人 ：希格斯 简介,概述,自发对称性破缺,没有希格斯场的世界,大统一理论,参阅, 简介 希格斯场 （英语：Higgs field），以物理学家彼得·希格斯姓氏为名，是一种假定遍布于全宇宙的量子场。按照标准模型的希格斯机制，某些基本粒子因为与希格斯场之间相互作用而获得质量。希格斯玻色子是希格斯场的振动。假若能够寻找到希格斯玻色子，则可以明确地证实希格斯场也存在于宇宙，就好像从观察海面的波浪可以推论出大海的存在。连带地，也可确认希格斯机制与标准模型基本无误。 希格斯场中W玻色子与Z玻色子-内部结构模型图 在标准模型里，W玻色子与Z玻色子借着套用希格斯机制于希格斯场而获得质量，费米子借着套用希格斯机制于希格斯场与费米子场的汤川耦合而获得质量。只有希格斯玻色子不倚赖希格斯机制获得质量。不过尽管希格斯机制已被证实，它仍旧不能给出所有质量，而只能将质量赋予某些基本粒子。例如，像质子、中子一类复合粒子的质量，只有约1%是归因于将质量赋予夸克的希格斯机制，剩余约99%是夸克的动能与强相互作用的零质量胶子的能量。 概述 希格斯场的存在会促使自发对称性破缺，从而造成不同粒子、不同作用力彼此之间的差异。例如，在电弱理论里，从希格斯场的理论物理秉性，可以解释为什么当温度降低到某程度，电磁相互作用与弱相互作用的性质迥然不同，答案是对称性已被打破。 在标准模型里，希格斯机制是基本粒子获得质量的物理机制。1964年，分别有三组研究小组几乎同时地独立延伸发展出希格斯机制，其中，一组为弗朗索瓦·恩格勒和罗伯特·布绕特，另一组为彼得·希格斯，第三组为杰拉德·古拉尼、卡尔·哈庚和汤姆·基博尔。这些论文表明，假若将局域规范不变性与自发对称性破缺的概念以某种特别方式连结在一起，则规范玻色子必然会获得质量。于1967年，史蒂文·温伯格与阿卜杜勒·萨拉姆分别套用希格斯机制来打破电弱对称性，并且表述希格斯机制怎样能够并入稍后成为标准模型一部分的谢尔登·格拉肖的电弱理论。 套用希格斯机制，温伯格与萨拉姆分别发现传递弱作用力的W及Z玻色子具有质量，而传递电磁作用力的光子不具有质量。质量的起源或质量的创始时常被归功于希格斯机制。但是，对于质量的秉性，物理学者疑问希格斯机制是否给出了足够解释。如同物理学者马克斯·杰莫（Max Jammer）所说，“假若某过程生成质量，则一个合理要求为，它也应该给出一些关于它生成的到底是什么的资料。”但是，希格斯机制不是使用一种奇迹式的“无中生有”（creatio ex nihilo）方法来生成粒子质量，而是从以能量形式储存质量的希格斯场将质量转传给粒子，因此，“希格斯机制与其相关理论并没有贡献出对于质量秉性的了解。” 希格斯机制假定存在着一种称为希格斯场的标量场遍布于宇宙。借着与希格斯场耦合，某些原本没有质量的粒子可以获得能量，根据质能关系式，这就等于获得质量。粒子与希格斯场耦合越强，则粒子的质量越大。 希格斯场可以比拟为一池黐黏的蜜糖，黏着于某种尚未带有质量的基本粒子。当这种粒子通过希格斯场的时候，会变成带质量粒子。这比拟并不完全。***、有些种类的粒子（例如光子、胶子）不会被蜜糖沾黏，这些粒子的质量为零。希格斯场与不同种类的粒子，两者之间的耦合不同。第二、蜜糖施加于被沾黏物体的作用力为阻力，不论物体的速度为何，都会感受到这阻力，而质量是与物体的加速度运动有关，物体质量越大，必须施加越大的作用力才能给出同样的加速度。 更精致地，可以将希格斯场比拟为在物理学术大会里均匀分布的学者。无名人士可以轻松地穿过会场，没有人会注意到他的存在，就如同希格斯场与零质量光子之间的相互作用。假若物理大师进入会场，大家会被大师的魅力吸引，在大师四周挤成一团。因此，他会获得很多质量。若以同样速度穿过会场，他所具有的动量当然会比较大，改变他的移动速度也比较不容易，必须施加更大的作用力，就如同希格斯场赋予W玻色子或Z玻色子质量后的物理效应。这点子源自凝聚体物理学。在晶体里，带正电原子的晶格排列具有周期性，当电子移动穿过晶格时，带正电原子会施加库伦力于这电子，使这电子的有效质量大大增加。 自发对称性破缺 主条目：自发对称性破缺 量子力学的真空与一般认知的真空不同。在量子力学里，真空并不是全无一物的空间，虚粒子会持续地随机生成或湮灭于空间的任意位置，这会造成奥妙的量子效应。将这些量子效应纳入考量之后，空间的***能量态，是在所有能量态之中，能量***的能量态，不具有额外能量来制造粒子，又称为基态或“真空态”。***能量态的空间才是量子力学的真空。 构想某种对称群变换，只能将***能量态变换为自己，则称***能量态对于这种变换具有“不变性”，即***能量态具有这种对称性。尽管一个物理系统的拉格朗日量对于某种对称群变换具有不变性，并不意味着它的***能量态对于这种对称群变换也具有不变性。假若拉格朗日量与***能量态都具有同样的不变性，则称这物理系统对于这种变换具有“外显的对称性”；假若只有拉格朗日量具有不变性，而***能量态不具有不变性，则称这物理系统的对称性被自发打破，或者称这物理系统的对称性被隐藏，这现象称为“自发对称性破缺”。 没有希格斯场的世界 假若希格斯场不存在，则夸克、W玻色子、Z玻色子的质量都会变为零。由于像质子、中子一类复合粒子的质量，只有约1%是归因于其所含有的夸克，它们的性质只会有些小改变。τ子、μ子的质量也会变为零，但是它们与现实生活没什么关系。只有电子的质量变为零会对世界带来很大影响。电子质量越小，原子的尺寸越大。当电子质量变为零之时，超特大尺寸的原子会因相互碰撞，将整个原子拆散，所有原子核与电子会混合在一起，原子无法单独存在，也不会有水、空气与人类所生存的世界。 希格斯场能够打破对称性。假若没有希格斯场，则所有带电荷轻子，即电子、τ子、μ子，都会变得一样，因为它们原本相互区分的质量都变为零了。类似地，带电荷为+2/3的夸克，即上夸克、奇夸克、顶夸克都会变得一样；而带电荷为-1/3的夸克，即下夸克、粲夸克、底夸克也都变得一样。 大统一理论 有些宇宙学者认为希格斯场是真空能量的起源。在宇宙的最初时刻，温度特高，希格斯场的对称性毫无任何特征，宇宙能量也同样的没有些微区别。由于宇宙温度的降低，在之后接连发生的几次相变所造成的对称性破缺给出了千变万化的宇宙。最后一个相变所造成的对称性破缺打破了电弱力，使得弱作用力与电磁作用力被分离。现在，物理学者已有能力做出达到这相变所需条件的实验，但是分离电弱作用力与强作用力的相变所需条件仍旧远不可及。不论如何，被公认为静质量起源的希格斯场也是研究强作用力的关键。 参阅

希格斯玻色子的实验探索 探寻希格斯玻色子时间轴

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