既然说场是一种物质,那么构成它的基本粒子是什么?

既然说场是一种物质,那么构成它的基本粒子是什么?

既然说场是一种物质,那么构成它的基本粒子是什么?

王清扬,宇宙学博士在读,牛牛民、小星星、Luu民

你理解反了。场比粒子更加基本,所有粒子都是它们对应的场的激发态。比如光子是电磁场的激发态,电子是电子场的激发态,夸克是夸克场的激发态。

以电磁场和光子为例。电磁场的能量是量子化的,能量最低的那个状态是一个光子也没有的真空。而如果电磁场(某个 k-mode)的能量上升一个台阶,就相当于时空中激发出了一个动量为 k 的光子,上升两个台阶就相当于产生了两个动量为 k 的光子。反之,下降一个台阶就相当于湮灭了一个光子。以前做过这样一张图,希望可以有助于你的理解↓

至于相互作用,本质上就是场与场之间存在耦合,使得能量动量可以在不同的场之间交换。比如一个 A 粒子衰变成两个 B 粒子,其实就是 A 场的能量下降一个台阶,把能量传递给 B 场的某个 k-mode 使之上升两个台阶。

至于场或者粒子的质量是如何获得的。原则上有许多种获得质量的机制,但标准模型粒子的质量大多还是从 Higgs 机制获得的。所谓的质量其实就是一个系统的质心系能量(除以 c²),在标准模型里面,许多场都和 Higgs 场存在耦合,而耦合就会有类似势能的东西,所以这些场对应的粒子就都有了非零的质心系能量(即质量)。当然,这只是比较通俗的理解方式,具体来说还依赖于 Higgs 场非零的真空期望值。


更新一下,刚好看到高能所公众号发了一篇量子场论的科普,贴在这里↓

简易理解——量子场论的物质观