【3、超对称与隧道效应】 爱因斯坦的狭义相对论,推导出的质能关系式E=mc2 ,引起的质量变能量、能量变质量的争论,长期没有停息。虽然科学家们指出这是在高速的情况下,才够明显,但其中的质量粒子与能量粒子变化的机制并不清楚。而哈热瑞把质量与手征性联系起来,解决了零质量问题,却遇到了超对称使质量的手征性发生对称性破缺。 早在1986年我们在《华东工学院学报》第2期发表的《前夸克类圈体模型能改变前夸克粒子模型的手征性和对称破缺》论文,虽然用环量子图像,部分解答了哈热瑞指出的超对称使质量手征对称破缺问题(图1A和B),但说明的事情都较实,并且是限定在小于10的-16次方厘米的范围内。 应该说,在高速的情况下,质量变能量、能量变质量即使发生在物质内部的微观领域,也不止是限定在小于10的-16次方厘米的范围。其次,物质微观的粒子图像,也不止是环量子,还有球量子。这样,把球量子放在图1(A)和(C)的对称等价图像中,手征的对称可以保持;但如果放在图1(B)和(D)的超对称等价图像中,手征的对称就不保持了,哈热瑞质量难题并没有解决。 其实,这个问题与(4)的方程式(△E)(△t)=h 有关,即与量子隧道效应有关。图1(A)和(C)以及图1(B)和(D)的图像,实际都可以看成是一种量子势阱图像。图中的大倒置抛物线,可以看成是质量变能量、能量变质量的宏观量子势阱,在经典意义上,我们不可能在不违反能量守恒的前提下改变总能量,即在宏观、在低速的情况下,质量变能量、能量变质量是决不可能的。 但图1(A)和(C)图像与图1(B)和(D)图像不同,仅是大的倒置抛物线底部有一个小小隆起的类似抛物线的光滑曲线,在底部形成两个类似对称的小“势阱”。但这个微观领域的“势阱”,已经比包容它的那宏观量子势阱的能量低,“墙道”也不宽。海森堡的不确定性原理(△E)(△t)=h指出,在量子力学里,如果时间确定是△t,就无法把能量(△E)测量得比△E=h/△t精确;反过来说,一个微观粒子囚禁在势阱中,如果势阱变得不太高或不太宽,粒子能“借”到一些能量△E来越过势阱,只要在时间△t=h/△E内把能量还回去;这种“翻越”实际是与“隧穿”势阱等价的。 其次,如果这种“隧穿”效应瞬间产生和瞬间消失频繁,也是和环量子图像等价的,即此效应的球量子是与环量子等价的,这样就完备地解答了哈热瑞指出的超对称使质量手征对称破缺问题。 即球量子在超对称的微观势垒中,通过隧道效应,可以达到与环量子相同的效应,超对称质量破缺的难题可以解决。 【4、质量平方和希格斯场】 哈热瑞质量难题的解决,说明质量变能量、能量变质量只能发生在标准模型尺度和普朗克尺度物质内的微观领域。科学家们花了很长时间的探索,发现的希格斯场(2)公式E=M2h2+Ah4 才知道,那是一高能领域,是以质量平方M2的变化引领质能及时空的。如果用图1(E)的图像表示,该图中纵轴为质量平方M2,横轴为能量,普朗克尺度对应于高能量,因此在标准模型尺度的右边。 希格斯场与标准模型粒子进行交互作用,也类似上面超对称势阱中,球量子通过隧道效应穿过势垒一样,有阻力作用。这种充满宇宙真空态的希格斯场就类似在水中行走一样,会受到比在空气中行走更大的阻力,就像是自己变重了一般,粒子就藉由这个过程获益质量。 类似重力场源自质量,电磁场源自带电粒子,希格斯场h源自带质量微单元的粒子,而增加了宇宙的能量密度E。科学家们假设能量密度E与希格斯场h的关系是E=M2h2+Ah4 ,其中常数A只要为正值即可,M2为希格斯场量子质量的平方。将能量密度E与希格斯场h的关系作为图1(C)的图像,当h=0时,方程式右边的两项皆为0。当h很小时,只要M2与A皆为正值,E亦为正值,因此E随着h的增加而增加。但是从图1(E)的图像看出,能量渐渐减少,当从普朗克尺度渐渐增至标准模型尺度时,原本为正值的M2渐渐减少,最后变为负值。即便普朗克尺度下的M值稍有不同,M仍会在某个地方通过零点,在大尺度成为负值。正如图1(C)的图像所示,在M2成为负值之前,W玻色子、Z 玻色子、夸克、轻子等皆不具质量。 因为这时的宇宙最低能态,是为0希格斯场,因此粒子无法借希格斯场作用获益质量。但是如果假设M2为负值,如图1(D)的图像所示,当h=0时,E=0;当h不为零时,由于假设M2为负值,方程式右边第一项永远是负值,而第二项则恒正。当h很小时,E会小于0。如果A比M2大许多,则E在h更小时为负。随着h渐渐变大,最后使E大于零。从图中可以看出,代表宇宙能态的球,会滚到代表最低能量状态的谷底,这最低点所对应的希格斯场h并非是0。 【5、结束语】 综合起来说,在大爆炸时,因为能量极高,作用距离极短,而与普朗克尺度相当,W玻色子、Z 玻色子、夸克、轻子等皆不具质量;一直要等到大爆炸后宇宙冷却到标准模型或对撞机尺度时,M2为负,如图1(D)所示的非0希格斯场被宇宙真空态充满,这非0的希格斯场才使粒子获得质量。 以上希格斯物理的理论,已通过重要的实验的检验。例如,它预测的顶夸克质量,1997年已发现顶夸克的质量为175GeV,预测竞获得证实,这极大地增强了超对称希格斯物理的分量。 参考文献 [1]王德奎,三旋理论初探,四川科学技术出版社,2002年5月; [2]孔少峰、王德奎,求衡论──庞加莱猜想应用,四川科学技术出版社,2007年9月; [3]王德奎,解读《时间简史》,天津古籍出版社,2003年9月; [4]叶眺新,中国气功思维学,延边大学出版社,1900年5月; [5]王德奎、林艺彬、孙双喜,中医药多体自然叩问,独家出版社,2020年1月; [6]王德奎,从卡--丘空间到轨形拓扑,凉山大学学报,2003年第1期; [7]王德奎,与李淼教授讨论弦宇宙学──读《超弦理论的几个方向》,AcademArena,Volume 12 , Number 10 , October 25, 2020; [8]平角,“色电宝”芯片是“核电宝”芯片的极致──“色电宝、核电宝”芯片原理初探,Academ Arena,Volume12 , Number 11 , November 25, 2020; [9]平角, 学自然学科学与振兴双循环,Academ Arena,Volume 13, Number 1 , January25, 2021; [10]叶眺新,三旋理论与物理学,华东工学院学报(社),1991年第3期; [11]王德奎,物质族基本粒子质量谱计算公式,大自然探索,1996年第3期; [12]陈超,量子引力研究简史,环球科学,2012年第7期; [13]叶眺新,前夸克类圈体模型能改变前夸克粒子模型的手征性和对称破缺,华东工学院学报,1986年第2期; [14]薛晓舟,量子真空物理导引,科学出版社,2005年8月; [15][美]凯恩,超对称:当今物理学界的超级任务,郭兆林等译,汕头大学出版社,2004年1月。
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