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量子物理学突破性进展——希格斯机制获“磁颤”概念全新诠释

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磁颤的衰变和裂变为量子场论的物理和数学基础提供了见解。图片来源:PEDRODELREAL

科技日报记者张梦然

奥地利维也纳大学物理学家领导的国际研究团队,利用“磁颤”概念,重新诠释了赋予基本粒子质量并引发相变的希格斯机制。该成果发表在新一期《物理评论快报》上。

新研究的基础是量子场论(QFT)——专注于描述粒子及其在亚原子层面相互作用的概念。研究团队开发了一种称为“磁颤”的图形工具,它总结了定义QFT的所有信息,从而清晰直观地显示粒子场或其他物理量之间的复杂相互作用。

团队探索了各种“超对称量子场论”中的稳定基态(真空)。这是一种没有粒子或没有任何激发的最低能量配置。这些量子场论类似于真实的亚原子粒子物理系统,但具有某些便于计算的数学特性。

团队用图形工具标示了量子场、场之间的相互作用(如强、弱相互作用或电磁相互作用),以及相互作用下场的带电方式,并尝试用“磁性”描绘意想不到的量子特性。这个新方法提供了一种可视化和分析复杂量子现象的实用方法。

基于线性代数的计算证明:磁共振可衰变为更稳定的状态或裂变为两个独立的共振。这些转变为量子场论中的希格斯机制提供了新的理解,即量子场论要么衰变为更简单的量子场论,要么裂变为独立的量子场论。

团队核心成员表示,希格斯机制解释了基本粒子如何通过与遍布整个宇宙的希格斯场,进行相互作用并获得质量。粒子在空间移动时会与该场“互动”。没有质量的粒子通常以光速移动,然而当它与希格斯场“互动”时,它会“黏附”在该场上并变得迟缓,从而导致其质量的显现。因此,希格斯机制是理解宇宙基本构成要素和力量的关键概念。

新的算法可以自主运行,不需要外部输入。这一成果受物理学启发而来,但与数学研究息息相关。它们为量子真空的复杂、相互交织的结构,提供了基本且普遍有效的描述,代表了数学和物理学两个领域的重大进步。

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