1994年4月26日,美国费米实验室物理学家发现顶夸克。谈到夸克,你可知道物质的质量归根到底是由夸克产生的,这是怎么回事呢?

什么是物质的质量呢(物质的质量是从哪里来的)(1)

对于喜欢刨根问底的读者来说,“从哪里来”总是个好问题。比如说,质量是最直观的物理概念之一,用于衡量物体含有物质的多少。那么,物质的质量是从哪里来的呢?

我们生活中常见的各种物质由分子和原子组成。这些物质的质量绝大部分是从这些分子和原子中来的。而分子由原子组成,原子由原子核和电子组成,原子核又由质子和中子组成。这样,物质的质量主要来自质子、中子与电子的质量。

读者大概不会满足于上面的答案。因为我们只是转移了问题而已。质子、中子和电子的质量又是从哪里来的呢?

我们从质子和中子说起。质子和中子都是由三个夸克组成的。那么,它们的质量是不是等于这些夸克的质量总和呢?这次,答案是否定的。组成质子和中子的夸克质量非常小。质子和中子的质量主要来自夸克之间的相互作用能量。

这种与希格斯场相互作用的机制,不仅使电子获得了质量,而且是包括夸克的“净重”在内的多种基本粒子的质量起源。比如说,作为四大基本相互作用力之一,弱相互作用力的力程很短,只能在比原子核半径还小的范围内起作用。其原因就是传播弱相互作用力的粒子由于希格斯场机制获得了质量。于是,在希格斯场的海洋里,弱相互作用力就不能像电磁力一样在很大的范围内传播了。

质能关系转换以及希格斯场机制,是质量的两大来源。2012年,大型强子对撞机实验发现了希格斯粒子,并于2013年得到了证实。这个发现有力地支持了基本粒子通过希格斯场获得质量的机制。

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