为什么光子不能从希格斯机制中获得质量的能量(为什么光子的质量不是无穷大)

导语：为什么光子不能从希格斯机制中获得质量

光子为什么不能从希格斯机制获得质量？这是一个关于物理学中最基本的粒子和力的问题，也是一个引发了许多科学家探索和研究的问题。在这篇文章中，我们将尝试用简单易懂的语言来解释希格斯机制是什么，为什么它能给一些粒子赋予质量，而为什么光子却不受其影响。

首先，我们要知道什么是希格斯机制。希格斯机制是一种描述自然界中对称性破缺现象的理论，它认为存在着一种无处不在的场叫做希格斯场。这个场有一个特殊的性质，就是它的真空期望值不等于零。

由于希格斯场存在着非零的真空期望值，它会影响到其他与之相互作用的粒子具体来说，有些粒子会与希格斯场发生耦合，也就是说它们会感受到希格斯场对它们产生的阻力或者拖拽。这种阻力或者拖拽就相当于给这些粒子赋予了质量。而有些粒子则不与希格斯场耦合，也就是说它们不受到希格斯场的影响，因此保持了无质量。

那么具体哪些粒子会与希格斯场耦合呢？根据物理学中最成功和最完备的理论之一：标准模型，我们知道自然界中有两大类基本粒子：费米子和玻色子。费米子包括了构成物质和反物质的夸克和轻子，玻色子包括了传递基本相互作用的规范玻色子，以及伴随着希格斯场而产生的标量玻色子——希格斯玻色子。

在标准模型中，所有的费米子都会与希格斯场耦合，因此它们都有质量。而在规范玻色子中，只有传递弱相互作用的W和Z玻色子会与希格斯场耦合，因此它们也有质量。而传递电磁相互作用的光子和传递强相互作用的胶子则不会与希格斯场耦合，因此它们没有质量。

那么为什么光子不会与希格斯场耦合呢？这里涉及到一个物理学中非常重要的概念——规范对称性。规范对称性是一种描述自然界中某些物理定律或者方程在不同参考系下保持不变的性质。例如，电磁相互作用遵循麦克斯韦方程组，这组方程在任何惯性参考系下都成立，这就是一种规范对称性。规范对称性可以看作是自然界中一种美丽和优雅的原则，它限制了可能存在的物理现象和粒子之间的相互作用。

根据标准模型，电磁相互作用遵循U(1)规范对称性。这意味着如果我们对电磁场做一个局部变换，也就是说在每个空间点上给电磁势加上一个任意函数，那么麦克斯韦方程组仍然成立。这个局部变换不会改变电磁场所产生的力或者能量。但是如果我们要保持这种局部变换下的不变性，那么我们必须要求光子没有质量。因为如果光子有质量，那么麦克斯韦方程组就会被破坏，而且电磁力就会有一个有限的距离衰减。所以为了维持U(1)规范对称性，我们必须假设光子没有质量，并且不受到希格斯场的影响。

那么希格斯场是如何产生的呢？这个问题目前还没有一个确定的答案。有一种观点认为希格斯场是宇宙大爆炸后留下来的一种时空效应。也就是说，在宇宙诞生之初，所有的粒子都没有质量，并且所有的相互作用都具有高度对称性。但随着宇宙温度下降到一个临界点（约10亿亿亿开尔文），希格斯场开始显现出来，并且给部分粒子赋予了质量，并且打破了部分相互作用的对称性。

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