發布時間:2025-10-27閱讀(3)
|
要開始理解這個問題,我們需要研究能量勢,并考慮物理學中的一個核心問題:一個系統總是希望最小化能量。例如,原子結合成分子也是這個原因,通過結合在一起形成分子,原子的組合可以更穩定。在物理學中,最小化系統的能量是理解事物如何工作的關鍵。
就像原子形成分子以降低系統的總能量一樣,粒子也有降低其勢能的傾向。一個非常簡單的勢能圖看起來像一條拋物線(如上圖),Y軸代表勢能,X軸代表勢能變化的參數,如位置。在這個勢能圖中,我們可以發現一個最小勢能的位置,如果把一個球放進去,它就會朝著勢能的最小值下降。由于只有一個最小值,情況很簡單,球會朝著這個最小值前進,最終停留在底部。
一個試圖將能量最小化的物理系統總是尋求降到其可能的最小值,但關鍵是為了做到這一點,它必須克服它們之間的勢壘。但如果沒有足夠多的能量,粒子就無法越過障礙,會被困在高能量的最小值上。 量子力學介入量子粒子不是一個小球而是波,它的位置和動量都是不確定的。如果我們看粒子處于較高最小值的情況,那么由于我們不確切地知道動量和位置,我們已經不能確定粒子是否會停留在那里,還是克服勢壘進入到較低的最小值。由于這種不確定性,粒子不再處于穩定狀態,而是處于亞穩態。在這種狀態下,量子隧穿現象可以使其從較高的最小值逃逸到較低的最小值。
量子隧穿是量子力學概率性質的一個特征,一個簡單的思考方式是這樣的。在量子力學中,一個粒子的位置是由一個波函數決定的,波函數由薛定諤方程定義,波函數的平方給出了在任意位置找到這個粒子的概率。如果我們解這個方程,我們會發現,在低能態找到粒子的概率是非零的。換句話說,它有一個有限的可能性超出這一勢壘,如果勢壘之外的能級更低,這個概率就會增加。 亞穩態宇宙希格斯玻色子的特殊之處在于,在標準模型中它具有一個非平凡的勢:它的最低勢不在中心也不為零。這就引出了希格斯機制,而希格斯機制反過來又給了我們弱力的重介體。在這個機制中,希格斯場在遠離原點的地方陷入最小值,從而得到一個非零的期望值。這個期望值是導致希格斯場質量的原因,其他基本粒子也通過與希格斯場的相互作用獲得質量。
希格斯勢的行為在實驗上由希格斯玻色子的質量和最重的基本粒子頂夸克的質量決定。目前對這些質量的最佳估計將標準模型置于亞穩定區域。換句話說,最新的研究表明,希格斯玻色子的勢能可能有另一個低得多的能級,也就是說希格斯場目前不是最低的。 事實上,在2018年發表在《物理評論》雜志上的一篇論文中,研究人員計算出,我們的亞穩定宇宙的壽命在10到10年之間,這遠比我們目前宇宙的年齡大了好幾個數量級。 |
Copyright ? 2024 有趣生活 All Rights Reserve吉ICP備19000289號-5 TXT地圖HTML地圖XML地圖