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光子与电磁波有关,电磁波的电场和磁场在垂直于电磁波传播方向的平面上振**。
除了这两种横向的振**外,波原本也有可能沿其运动方向振**,不过这种纵向的振**必然会在运动速度上低于光速和高于光速之间交替。
但这是不可能的,因为根据爱因斯坦的理论,光速是宇宙终极速度极限。
因此最终结果是,有质量粒子有三种独立的振**方式,而无质量粒子只有两种。
希格斯的突破在于,他意识到在无质量规范粒子理论中,戈德斯通玻色子奇迹般地消失了。
实际上,它们被载力子吞噬了。
希格斯机制不仅摆脱了麻烦的戈德斯通玻色子,而且在吞噬的过程中,赋予了无质量规范粒子以第三种振**方式,从而赋予它们质量。
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应该指出的是,这种获得质量的机制与之前描述的粒子和无处不在的希格斯场相互作用的机制不同,后者遇到的阻力就像游泳者在游泳池里奋力前行时遇到的阻力一样。
事实上,大自然已经为赋予粒子质量提供了两种不同的机制:一种是直接机制,直接赋予自然界载力子以质量,包括自发的对称性破缺;另一种是间接机制,先为自然界的夸克和轻子提供质量,这涉及与希格斯场更直接的相互作用。
希格斯机制创造了一石二鸟的奇迹:既摆脱了戈德斯通玻色子,又赋予了规范载力子以质量。
史蒂文·温伯格认为,戈德斯通玻色子的角色已经从“不受欢迎的入侵者”
转变为“受欢迎的朋友”
。
[154]披上戈德斯通玻色子诱导质量的外衣后,载力子仍然是无质量的,因此,仍然可以用重整化的、不发散的局域规范理论加以描述。
希格斯在1964年夏天写的两篇短论文中详细阐述了这一切。
在第一篇论文中,希格斯论述了如何在量子场论中摆脱戈德斯通玻色子——只需要规范玻色子存在。
在第二篇论文中,希格斯概述了规范玻色子是如何通过吞噬戈德斯通玻色子来获得质量的。
[155]但是,当希格斯坐在办公室里,看着面前桌子上放着的被退回的第二篇论文时,他仍然面临着一个问题:该添加些什么来确保论文能发表。
也许说,这是他想法的物理表现?
每个量子场都有一个或多个与之相关的粒子,因为每个场都可以产生扰动,而通过场传播的扰动就是一个粒子的全部。
希格斯知道他的对称性破缺场也不例外。
希格斯又想到了支配他的场的草帽势。
戈德斯通玻色子的出现是因为粒子可以环绕墨西哥草帽边沿振**,但那不是唯一可能的振**类型。
粒子也可以沿径向振**,在由草帽檐形成的沟谷里上下振**。
激发这样的振**需要的能量最少,而根据爱因斯坦的理论,能量具有等效质量。
如果把足够的能量注入一小块空间,就有可能产生这样一种粒子——一种希格斯场的扰动。
第二篇论文被《物理快报》拒绝,希格斯对此感到恼火,不仅是因为编辑没有意识到他工作的重要性,更糟糕的是,雅克·普伦特基(Jatki)没有建议他把修改后的论文重新提交给《物理快报》,而是让他提交给意大利物理学会期刊《新试验》(Ilo)。
《物理快报》收到的所有论文稿件都要经由独立科学审稿人审稿,而《新试验》则根本没有审稿人。
普伦特基似乎认为这篇论文与《物理快报》关注的方向无关,毫无价值,这刺伤了希格斯。
[156]
因此,如果希格斯听从了普伦特基的建议,那他就真的死定了。
希格斯决定不把修改后的论文寄给《物理快报》,而是寄给其美国竞争对手《物理评论快报》(PhysicalReviewLetters)。
然而,论文需要添加一些东西,还好最终他想出来要怎么写了。
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