量子场论和粒子自旋介绍

量子场论和粒子自旋介绍

量子场论是现代物理学的重要理论框架，它将基本粒子描述为量子场中的激发。本文将为您介绍量子场的基本概念，以及粒子自旋的物理意义。

量子场主要是指电磁场、电子场、夸克场和希格斯场，每个量子场中都有鼓出来的包，被称为波包，每种不同的量子场中的波包分别是微观世界中不同的粒子，比如说，电磁场波包是光子，电子场为电子，夸克场为夸克。

希格斯场负责赋予其他基本粒子质量，由于电子场与希格斯场相互作用，使电子有了静止质量。

希格斯机制使得规范玻色子有质量，可以根据Z玻色子和W玻色子的质量计算希格斯场的值，光子、胶子不与希格斯场作用，所以光子和胶子无静止质量。

其他量子场与希格斯场相互作用的过程叫做汤川耦合，其他基本粒子因与希格斯场耦合而获得了质量。

其实把所有基本粒子的质量相加只占原子质量的1%，而那99%的质量来自于强相互作用的结合能。

在粒子物理标准模型中我们可以看到各个粒子的自旋，比如“上帝粒子”希格斯玻色子，它的自旋为0，也就是说希格斯玻色子在旋转的过程中，它的方向没有变化，其实类似于我们在纸上画一个圆，然后旋转这张纸，无论我们怎么转，这个圆依旧是之前那样，所以自旋为0的粒子没有方向之分。

光子的自旋为1，仍然把它像刚刚那个圆一样放在宏观上看，只不过这次不是圆，而是一个等腰但是不等边的三角形，当我们每次旋转90度时，我们旋转4次，这个三角形才会恢复原样，所以自旋为1的粒子有方向，所以光是有方向的。

四种基本作用力用粒子已经表示了三个（光子负责电磁力，胶子负责强力，W玻色子和Z玻色子负责弱力）只有引力目前没有一个专门的引力子，科学家将引力子的符号起为G，但是至今没有关于引力子是否存在的信息，假如引力子存在，那么它的自旋为2，利用刚刚那种宏观方式，自旋为2的粒子类似一个不是正方形的矩形（就是长方形），当我们每次旋转90度时，旋转2次会恢复原样。

虽然引力子已经有了自旋的预测，但是现如今的理论并不支持引力子的出现，因为在爱因斯坦的相对论的世界中，引力实际并不能算一种纯粹的力，而是质量导致的时空弯曲。