相对论|物体的质量是怎么产生的？( 二 ) 物理学家

那么，这是否意味着物体的质量都是来自于夸克和电子这两种基本粒子呢？
一个质子的质量约为1.6726×10^-27千克，其中包含了三个夸克——两个上夸克和一个下夸克。一个上夸克的质量约为4.1009×10^-30 千克，一个下夸克的质量约为8.5584×10^-30千克。两个上夸克和一个下夸克的总质量为1.6760×10^-29千克，这大约只有质子质量的1% 。也就是说，质子的质量并不直接等于组成它的夸克质量总和。
另一方面，一个中子的质量约为1.6749×10^-27千克，其中也包含了三个夸克——一个上夸克和两个下夸克。根据计算可知，一个上夸克和两个下夸克的总质量为2.1218×10^-29千克，这大约只有中子质量的1.27% 。就像质子那样，中子的质量也不直接等于组成它的夸克质量总和。
质子和中子的质量究竟是怎么来的呢？根据粒子物理标准模型，夸克之间通过强核力结合在一起，这需要通过胶子来传递强相互作用。就像光子那样，胶子不存在静止质量，但胶子拥有运动质量。这是因为胶子拥有能量，根据狭义相对论的质能方程（E=mc^2），质量和能量在本质上是等价的。另外，运动的夸克也有相对论性质量，但远小于胶子。
因此，质子和中子的绝大部分质量其实是来自于把夸克束缚在一起的胶子，尽管这种基本粒子不具有静止质量。在质子和中子的质量中，来自于夸克本身非常少，只有大约1% 。
虽然夸克的质量很小，但它们还是有质量的，那么，夸克本身的质量又是怎么产生的呢？另外，原子的另一基本组成粒子——电子的质量又是怎么来的？
质量的起源：希格斯机制根据希格斯机制，整个宇宙中遍布着一种特殊的量子场——希格斯场。对于夸克、电子这样的费米子，当它们在希格斯场中运动时，它们产生的费米子场会与希格斯场发生汤川耦合作用，从而使得夸克和电子从希格斯场中获得质量。
而对于胶子、光子这样的规范玻色子，它们不会与希格斯场发生耦合而出现自发对称性破缺，也就不会从希格斯场中获得质量，所以它们的静质量为零。正因为如此，这些基本粒子在希格斯场中的运动速度不会下降，而是保持光速。
希格斯机制的证明如果能够找到希格斯玻色子，也就能证明希格斯机制，因为这种特殊的基本粒子会在希格斯场的量子激发中产生。夸克、电子等基本粒子会与希格斯玻色子发生碰撞，导致速度降到光速以下，并且获得了质量。
直到大型强子对撞机（LHC）投入使用之后，寻找希格斯玻色子才变得有可能。因为只有通过极高的粒子碰撞能量才能制造出希格斯玻色子，而且还需要通过极其灵敏的探测器才能捕捉这种极易衰变的基本粒子。
经过多年的努力，在2013年，物理学家正式宣布在LHC中发现了希格斯玻色子的踪迹，于1964年提出希格斯机制的物理学家彼得·希格斯也在当年荣获诺贝尔物理学奖。