论基本粒子质量的起源

基础粒子物理学中最古老的谜题是：观测到的基本粒子质量源自何处？受经验粒子质量谱观测的启发，我们提出基本粒子的质量完全源于与粒子相关联的场的自相互作用。因此，我们假设质量正比于场与其自身相互作用的强度。将这一思想简单应用于费米子，所得的中微子质量符合直接实验上限的约束，并能正确预测中微子、带电轻子与夸克之间质量分离的数量级。中微子仅通过弱力相互作用，因而质量较轻；电子还通过电磁力相互作用，因此质量较重；夸克还具有强相互作用，故而质量很大。光子是唯一保持无质量的基本粒子，因为它不带电荷。胶子获得与夸克相当或略大的质量，这是由于其色荷稍大。若将标准模型之外的粒子纳入考量，引力子并非严格无质量，但因其自相互作用极弱而质量极轻。由此产生了一些直接且物理上有趣的推论：i) 胶子具有约 $\sim 1$fm 的有效力程，从物理上解释了 QCD 为何具有有限的作用范围；ii) 引力具有约 $\sim 100$ Mpc 的有效力程，这与已知最大的结构——宇宙空洞相吻合；iii) 引力波即使在真空中也会发生色散，并具有全部五种偏振态（而不仅是 $m=0$ 的两种），这或许能解释为何它们尚未被探测到。