三分带你认识费米子和玻色子

曾几何时，你可能会想：“世间万物为何会有质量？”漫长时间之河冲刷掉了人们的好奇心，使人们将这个问题转化为定理，并且对其司空见惯，几乎没有人再一次提出这个问题。而今天我们便来正面解决它。

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在之前，我们已经讲过量子的分类，而科学家又将量子笼统地分为两类：费米子与玻色子。（注意：费米子与玻色子是一类量子的总称，不是单个量子）。

先来说费米子，其定义是自旋不为整数的粒子。什么是自旋不为整数？举个例子，电子就是一种费米子，它的自旋为二分之一，将电子想象成下面这个球，从初始状态向左或向右旋转，当它旋转二分之一也就是180度时，便会惊奇的发现它与初始状态一模一样。当然现实中，电子因为有量子效应，不可能有固定的大小、形状、颜色甚至能量，所以这个球只能作为帮助我们理解的模型。

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费米子有质子、中子、夸克，还有电子等。

量子中，除了费米子便是玻色子。玻色子自旋为整数，如光子、介子、W玻色子……它们不像费米子那样没什么用，而是可以传递力量。

1. 四大力

自然界有四大力：引力、电磁力、强相互作用力、弱相互作用力。四大力中，只有引力没有发现传播它的玻色子，其余的都由玻色子传播。如电磁力，可以这样说，宏观世界中几乎除了引力便是电磁力。光子便是传播电磁力的玻色子，其传播的电磁波便是光。说完引力与电磁力，再来说说弱相互作用力，它主要表现为衰变，也就是放射性元素放出一个粒子从而转变为另一个元素的过程，即一个不稳定的原子核放出一个粒子，例如中子，变为稳定的原子核。传播这种力的是W玻色子和Z玻色子。

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弱相互作用力有几个特点，一是唯一能改变夸克味的方式；二是违反了宇称守衡定律。先来讲讲夸克的味，味是夸克的种类，夸克有六味也就是有六个不同的种类：上夸克、下夸克、奇异夸克、顶夸克、粲夸克、底夸克，这是由于它们自旋角度与能量等因素不同所导致出现不同的六味。而衰变可改变其味。再来说说宇称守恒定律，宇称守恒定律是物理学界别的重要定律，通俗讲就是一个粒子照镜子，镜像中除自旋角度与现实相反之外，其余的方面（自身所含的能量、种类等）都相同。“照镜子”这个词，你如果觉得不够酷，也可以用专业词“空间反演”。而只有弱相互作用力能打破这种局面，使宇称不守衡。在衰变后，粒子各方面都会有一些变化，镜像与现实便不再相同。

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再来说说强相互作用力，它有两种表现形式：①在一些费米子，如夸克之间；②在核子（中子与质子之间）。强相互作用力由介子传播。先来说说①，想象有两个粒子，一根橡皮绳将它俩连接在一起，而这根橡皮绳就是强相互作用力①的表现形式，当两个粒子离得很近时，橡皮绳没有受力，所以两个粒子就可以行动自如，而当两个粒子离得很远时，橡皮绳就开始受力，运用自身弹力将两个粒子拉回来；再来说说②，在中子与质子之间的强相互作用力，而这种力就比①要弱一些，也与①正好相反：两个粒子离得越近，力便越大，离得越远，力便越小，这有利于其形成原子核。

下面，我们来回答开头提出的问题。为什么会有质量，说实话这个问题近几年才被解决。这也使得这个“伪恶魔”露出了真面目。为什么这么说？想一想，假如我们一直都不知道为什么会有质量，假如质量只是暂时的，总有一天质量会消失，那样的话……想都不敢想。

那为何又用“伪”字呢？科学家在对强子高速撞击产生的结果分析后，发现了一种新粒子，而正是这种粒子产生了质量（这也说明质量是不会轻易变化，所以用“伪”字），它便是有上帝粒子之称的希格斯粒子。它是一种传递质量的玻色子。

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希格斯粒子产生了希格斯效应，赐予万物质量。希格斯场就像一帮狗仔记者，当不太出名的人经过时，只会有零星几名记者上前采访，而当有一位大人物经过时，所有记者都会围上去。我们将不出名的人换成体积小的物质时，将大人物换成体积大的物质时，这话便成了：当有小体积物质经过希格斯场只有几个希格斯粒子上前赐予少的质量，而当有体积大的物质经过希格斯场时很多希格斯粒子便会围上去赐予其很大质量，也说明一个物质为何密度越大质量越重。