《教授教科學》場論與玄論之爭！規範場論要有例子證明！你們說呢

場論與玄論之爭

在本課的前面，我講述了迄今為止粒子物理學史就是統一自然界中四種力的歷史。這四種力是：讓核子聚在一起成為原子核的「強作用力」；引起放射線衰變的「弱作用力」；作用於電荷上的電磁力；然後就是引力，它比其他三種力都弱得多，而且你只有在大塊物質中才能注意到它的積聚效應，就好像地球引力場中的一個蘋果一樣。我們的努力換來了標準模型，將強作用力、弱作用力和電磁力合併成了一個力，但是代價是一個新場，叫作希格斯場，這個新場可以給予其他基本粒子質量。

無須多說，粒子物理學家們自然不會認為這樣就結束了，更未覺得滿意。相反地，從60年代標準模型出現以來，他們就傾全力嘗試各種接枝法，想要得到一種新理論，把引力也納入進來。這個數學之聖杯被叫做萬有理論（Theory of Eerything），簡稱為TOE[注釋]。而想要提出這麼一個可以完美解釋一切的東西可沒那麼容易。

迄今為止，大體上是兩撥人之間進行競爭。籠統地說，理論物理學分成兩個陣營，而且彼此之間沒什麼好感。一撥人是規範場論學者，在先前生成標準模型的那套數學模型上繼續摸索。另外一撥人，說實話他們更年輕，更符合潮流，公眾關係做得也稍微好一些—是弦理論學者。他們所使用的數學模型跟規範場論的很不一樣，其理論中有很多有趣的想法，比如弦、高維度、超對稱粒子和微型黑洞。或許有一兩個「異端分子」可能會在為探測希格斯粒子而設計的超環面儀器（ATLAS）和緊湊渺子線圈（CMS）這兩個探測器裡面出現，雖然我認為可能性並不大。

規範場論要有例子證明

讓我快速為你介紹一下規範場論是在講些什麼，也讓你了解參與大型強子對撞機（LHC）項目的科學家們會尋找什麼樣的實驗數據，作為支持這個理論的證據。

我們可以越來越明顯地看到，無論是基本粒子還是複合粒子，量子世界裡的粒子數量看起來是沒有上限的。20世紀初期的日子已經一去不復返了，那時，自然界只由電子、質子和中子構成；自從第一台雲室粒子探測器被物理學家製造出來，各種非預期的東西不斷出現，從那以後，物理學一直都在打持久戰，想要把所有這些新東西放入一個統一的框架中。

第一個不速之客是一種我們現在叫作μ子的粒子，它是一個類似電子的帶負電的粒子，但是比電子重了200倍。「這是誰訂購的？」諾貝爾物理學獎獲得者伊西多·拉比（Isidor Rabi，1898—1988）開玩笑說。這還是1936年的事，到了1955年，當κ介子和π介子[注釋]出現時，大家都開始思考這些新發現到底會帶我們通向哪裡。

美國物理學家威利斯·蘭姆（Willis Lamb）因幫助世人對電子有更進一步的理解而被認可，在他獲諾貝爾獎那年的獲獎感言中，他開了一個物理學中最精彩的玩笑：「以前發現一個基本粒子的人可以獲得諾貝爾獎，但是現在，發現新粒子的人應該被罰款一萬美元。」

所以，就只是為了好玩，讓我們到粒子動物園裡逛一圈吧。不必去擔心細節問題，我只是想要你感受一下，這裡展示了非常豐富的粒子種類。首先，有所謂的「輕子」（希臘語是「光」的意思），它包括電子、μ子、τ粒子和與之相應的中微子。這些粒子各自都有反粒子。接著是六種夸克：上夸克、下夸克、頂夸克、底夸克、粲夸克和奇夸克。

所有這些也有著自己的雙胞胎反粒子。再者就是由幾顆夸克構成的強子，它們是由夸克組成的：兩個夸克構成的介子，比如π介子、κ介子還有J/φ介子；由三個夸克組成的重子，比如我們最熟悉的質子和中子，一些比較少見的Σ粒子（兩個上夸克和一個奇夸克組成），還有粲粒子（由兩個底夸克和一個粲夸克組成）。被我搞迷糊了吧？等等，我還忘了提那些傳遞電磁力，強、弱作用力的規範玻色子：光子、膠子、W玻色子和Z玻色子。

在規範場理論的強大威力之下，所有這一堆複雜的粒子都被化解成了簡單的物質粒子和力粒子，這也是規範場理論的高超之處。但是，就如我們之前看到的，這裡有一個問題：引力是不包括在內的。如果引力的運作模式跟其他的力相似，那我們就該預計它會通過專屬的規範玻色子—引力子進行傳遞；但是到目前為止，所有在這套數學模型上所做出的努力都沒有結果，而且在粒子探測器中沒有捕捉任何類似引力子的東西。

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