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8 十分特别的关系（第1页）

8十分特别的关系

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和顶夸克、希格斯玻色子一样，W玻色子和Z玻色子也非常不稳定。

标准模型中较重的粒子都有相同的命运：产生之后立刻消亡，只存在极短的一瞬间。

将W玻色子和Z玻色子的质量与其他基本粒子相比就会发现，它们毫无疑问也属于“巨人族”

。

不过，它们的大小却可忽略不计，是完完全全的点粒子，可以在一个无限小的空间内集中一个金原子的质量。

仿佛是相应的某种惩罚，它们的存在注定是最短暂的。

它们的平均寿命在10-22秒到10-25秒之间，没有任何设备能测得它们衰变之前走过的路径。

就算以光速运动，它们走过的距离也只是介于质子大小和夸克大小之间。

另外，由于它们非常重，就连最强大的加速器也无法赋予它们足够的能量来将平均寿命拉长到原来的几百万倍或几十亿倍——这对于测得它们的飞行时间是十分必要的。

为了测量如此短暂的时间，人们必须采用完全不同的特别方法——利用物质分解成基本粒子时的奇特性质。

双生的狄奥斯库洛伊兄弟

所有粒子都遵守量子力学的法则。

不管微观世界的物质行为看起来多么奇怪，它们就是由这些法则掌控的，这已被验证了无数次。

了解了这些规则，我们才造出现代社会人类活动赖以存在的精巧工具。

如果老天突然开了个奇怪的玩笑，让量子物理不再起作用，那包括飞机和汽车、医院和通信、手机和电脑、工厂和物流在内的一切都会停止运行。

量子力学的基本法则之一是不确定性原理，而测量极短平均寿命的关键正在于此。

在经典物理学中，我们可以随便选择两个物理量，比如一辆法拉利冲过F1比赛终点线时的速度和位置，两个物理量可以同时测得而没有精度限制。

但这在量子物理中是不可能的，在这里，一个新的规则禁止“不相容量”

被同时测准。

如果将其中之一的不准确性降为零，另一个的不准确性就会无限大。

位置和动量就是一对典型的不相容量。

通常，不确定性原理会被解释为与测量动作的扰动有关的不确定性。

为了确定电子的位置，我们可以使用高能光子并测量它们的发散角度，但光子与电子发生相互作用时，就会改变电子的速度。

不过，1927年德国物理学家海森堡提出的这个原理还有更深的含义：它涉及量子系统的典型特征，即在所有可能的状态中摇摆不定，直到测量发生时才突然归于其中一个状态。

我们来看一个简单的例子。

足球比赛开始时，裁判会通过抛硬币来决定哪一方先开球，硬币在空中运动时一直在两个可能状态之间转换，好比在同一时刻既是正又是反。

直到硬币掉到草坪上的那一刻，这两种互斥状态的叠加才被打破，硬币不是正就是反，不再模棱两可。

就算没有测量带来的扰动，量子物体的两个不相容量也不会同时有准确的值。

当我们在测量时，会记录到系统某一特定状态的不确定性，但其实所有状态都有这种不确定性。

量子系统并不能无限自由地经历所有可能的状态，而是有严格的规律要遵循，尽管我们对其中的意义还不甚明了。

不确定性原理就是这些规律之一，是谁也无法打破的禁忌。

这是量子力学中我们尚不完全理解的诸多事情之一。

它是一个非常有效的理论，我们一直都在用，尽管我们不知其所以然。