为什么我们能计算质子的质量,却不能计算电子的质量?

时间:2021-08-15 10:16:49   作者:
这是因为电子是基本粒子,而质子是由三种基本粒子组成的复合粒子,即夸克。复合粒子的质量主要是由于强核力所限制的夸克和胶子。

强核力有一种特殊的性质,使它区别于其他基本的自然力,如电磁力或万有引力。它在远处变得更强,在近处变得更弱。这种特殊的性质有一个完全的量子力学起源,并与这个力的非阿贝尔规范不变性密切相关。作为重正化群流的一部分,将量子场论(QFT)规范耦合的依赖关系与能量联系起来的函数称为β函数。对于强核力的QFT,函数有一个负号。所以量规耦合在低能量时变得更强,反之亦然。

为什么我们能计算质子的质量,却不能计算电子的质量?

正是这种强力的特殊性质,导致了夸克和胶子被限制在极小体积的空间中,处于低能状态。它约占质子质量的90%。只有10%的质量是由夸克的质量和它们的动能决定的。换句话说,如果夸克被认为是无质量的,那么质子的质量仍将是其实际值的90%左右。强核力的QFT被称为量子色动力学(QCD)。QCD的计算通常只能用合适的方法如格点QFT进行数值计算。对质子质量进行了这样的计算,它们与测量值的精确度达到99%。猜您对质子的文章感兴趣:质子和中子属于哪一类粒子?

所有夸克和轻子的质量都来自希格斯现象。在没有质量的情况下,夸克或轻子的左右手性组分是相互独立的。这是一种能量极高的状态所有的夸克和轻子都没有质量。在能量低于246gev时,电弱对称被打破,弱核力和电磁力以独立的力出现。这种对称性破缺也会产生希格斯场。希格斯场将夸克或轻子的两个手性成分粘合在一起,从而赋予它非零的质量,从而破坏了粒子的手性对称性。

基本粒子(如电子)的质量几乎完全是由希格斯粒子耦合引起的。由于电子与其自身电磁场的相互作用而产生的辐射校正对质量也有很小的贡献。由于这些修正是乘法的,它们不适用于电弱刻度之上——用有限的数字乘以零总是得到零。被称为汤川耦合的希格斯粒子耦合是无法计算的。它只能通过测量电子的质量来估计。这就是为什么我们不能像计算质子那样计算电子的质量。汤川耦合是标准模型QFT的输入。
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