有谁可否谈谈中微子质量问题
主要是想知道，中微子有质量了，原来的标准模型应该如何修改（例如产生质量的Higgs机制中，Higgs场的选择会不同吧）？宇称不守恒如何解释？
原来假定中微子没有质量，中微子是一种螺旋度，反中微子是相反的螺旋度，于是宇称不守恒比较好解释。如今有质量了，螺旋度的正负就与观测者有关系了。
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星空浩淼  发表文章数: 378 |
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星空浩淼 发表文章数: 378 |
为了激发此楼的人气，下面再说几个小问题
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1）高能光子与黑洞
假设有一个光子频率足够高，使得光子的波长小于质量为M的史瓦西黑洞半径（M为该光子的运动质量），那么该光子会形成黑洞吗？ 我们知道，光子的频率大小与观测者有关，如果频率够高的光子会变成黑洞，那么光子是不是黑洞，就成了相对的，因此频率无论多高的光子应该都不会变成黑洞。但是为何这样，我这会儿想不明白。
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2）多粒子系统的干涉条纹：取决于系统整体的德布罗意波长，还是取决于系统中每个粒子的德布罗意波长？
一个复合粒子的德布罗意波长，要小于该复合粒子中每个组分的德布罗意波长。问题是，什么时候应该考虑复合粒子中每个组分的德布罗意波长？什么时候应该考虑复合粒子整体的德布罗意波长？假设有两个全同的光子，每个光子的波长为λ，这也是每个光子的德布罗意波长。但是，将两个光子视为一个整体，这个整体的德布罗意波长为λ/2。有人利用光子的双缝干涉实验，来研究过这个问题，结论是：当两个光子之间“亲密”到一定程度时，干涉条纹是以两个光子整体的德布罗意波来干涉形成的。
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星空浩淼 发表文章数: 378 |
3）关于可观测意义上的最小尺度
关于位置与坐标测不准关系，有多种解释。例如测量的空间范围越小，引起的动量涨落（从而能量涨落）就越大。按照这种理解，就会存在”最小空间距离“的一种操作性定义：假设测量的空间范围如此之小，使得引起的能量涨落，能在这样的空间范围内能形成一个史瓦西黑洞，由于黑洞有视界，处于黑洞外面的人无法得知黑洞里面的信息，于是这个空间范围的尺度，就是可观测意义上的最小尺度。通过计算可以证明，这个尺度，恰好是Planck尺度。因此Planck尺度有三种定义：由三个基本常数构成的一个有长度量纲的量；当粒子的Compton波长等于史瓦西黑洞半径时（其中粒子质量为史瓦西黑洞质量）的波长；最小的可观测尺度。 但是，如果从分析粒子位置与动量的不确定关系出发，则不能给出最小尺度的操作性定义，因为粒子可以是复合粒子，粒子的位置是复合粒子的质心位置，粒子动量是复合粒子的整体动量，动量的涨落与粒子质量大小有关，它所对应的能量涨落，不必分布在粒子质心位置的涨落范围以内。粒子一颗石头可以通过速度的微小涨落，来获得很大的动量涨落，此时石头质心位置的涨落是微小的，石头的位置与坐标测不准关系可以忽略不计，对应经典力学图像。
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星空浩淼 发表文章数: 378 |
假设测量的空间范围如此之小，使得引起的能量涨落，能在这样的空间范围内能形成一个史瓦西黑洞，由于黑洞有视界，处于黑洞外面的人无法得知黑洞里面的信息，于是这个空间范围的尺度，就是可观测意义上的最小尺度。通过计算可以证明，这个尺度，恰好是Planck尺度。因此Planck尺度有三种定义：由三个基本常数构成的一个有长度量纲的量；当粒子的Compton波长等于史瓦西黑洞半径时（其中粒子质量为史瓦西黑洞质量）的波长；最小的可观测尺度。
---------------------------------- 这个地方补充说明一下：如果此时试图将空间的局域范围进一步缩小，引起的能量涨落就更大，就会形成更大的黑洞（黑洞半径与黑洞质量成正比），而我们作为黑洞外面的遥远观测者，无法将“视觉”伸到黑洞以内，因此我们无知的尺度范围反而更大。因此Planck尺度是最小的尺度。 以上所言，有待高手更正或者补充！
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星空浩淼 发表文章数: 378 |
此外，我有点好奇的是：在Feynman图内线出现的虚粒子，当能量足够大时，是否需要考虑形成黑洞所造成的限制？这对重整化理论会带来什么修正？也许当完整地弄清量子引力理论之后，重整化理论会进一步完善......另一方面，按照传统理解（暂时不考虑有效场理论），量子引力理论的困难之一是重整化问题，也许量子引力理论和重整化理论，其实是相辅相成的，相互隐藏着对方的完整答案。
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卢昌海  发表文章数: 635 |
虽然已无时间参与讨论，但星空兄盖高楼（目前的客栈这就算高楼了）好歹择个小话题捧个场：史瓦西黑洞是一个静止黑洞解，公式里的质量是静质量，光子无论频率多高都不能套用该公式。如果黑洞运动起来，那么它的质量也会有相对论效应，将不再满足r=2M。
 宠辱不惊，看庭前花开花落
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星空浩淼 发表文章数: 378 |
昌海兄的这个回答好！
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星空浩淼 发表文章数: 378 |
关于中微子存在静止质量时，如何理解宇称不守恒的问题，貌似是这样的：对于实验室观测者而言，弱相互作用产生的中微子是chirality的本征态，质量忽略不计时，中微子具有左手螺旋度（反中微子具有右手螺旋度）。考虑存在质量时，由于产生的中微子（反中微子）接近光速，中微子波函数具有微小的右手螺旋度成分（反中微子波函数具有微小的左手螺旋度成分）。只有相对中微子静止的观察者看来，其波函数包含的两种螺旋度的振幅大小才相等。那么推广下去，相对于中微子反向高速运动的观测者看来，中微子主要是右手螺旋度的？说到这里，我依然有点糊涂。
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ymytm  发表文章数: 43 |
非常欣赏星空老师的问题，我对中微子振荡和有质量也有很多疑问，但对于星空老师第一个问题即中微子有质量其螺旋度会改变，即左旋的中微子有可能发生反转变成反中微子（右旋中微子），这问题我也听过有关专家的解释，他们认为由于中微子质量非常小，这种现象目前实验还没有观察到（这好像再次说明标准模型只是一个近似理论）。有意思的是，1957年意大利理论物理学家布鲁诺•庞蒂科夫最早预言的“中微子振荡”却是电中微子-反电中微子之间的振荡。而这种振荡到目前还没被实验观察到。而现在中微子有质量的证据确是1962年由日本理论物理学家牧二郎、中川昌美和坂田昌一提出来的电中微子和缪中微子会在不通过弱相互作用的情况下运行中相互转化（即味混合的中微子振荡）。也就是说中微子有微小质量其味之间的转化（振荡）效应要远大于其旋转度的变化。
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星空浩淼 发表文章数: 378 |
其实我感到好奇的是：除了光子之外，原则上是否还会存在其他不带电荷和色荷、质量为零的矢量粒子？例如是否会存在只参与弱相互作用且自旋为1的零质量粒子？
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ymytm 发表文章数: 43 |
至少从实验角度看这种粒子不存在，因为若存在它将传播长程力，是很容易探测到的。不过在WZ粒子没有自发破缺前也应该是质量为零的。我最感兴趣的是希格斯自耦合常数λ在10ⁿGeV（n=10-12)能标变负而导致真空的不稳定。我一直在想若为真，其物理意义是什么？我猜想可能是：希格斯到这一能量级就不稳定了而分解成两个光子等（对应它的低能衰变）。这样希格斯场没有了，所有粒子质量（包括WZ）就都变为零了，引力也就不存在了，而高能对应极小尺度，所以就不会产生微观黑洞。普朗克尺度也是没有意义的。如若按这逻辑推论：一切玻色子在极高能下也是不稳定的如光子会分解成两个电子等（由于这时没有了光传播电磁力，就无法区分正电子和电子了），这样就解决了费曼图无限的问题。也就是所谓力的大统一，其实是力在极高能量下全部消失变为零。这导致费米子可能比玻色子基本的多（其实这在标准模型中有所体现，如在标准模型中规范玻色子是受费米子性质严格限制的，如胶子，夸克带有三色的性质决定群SU（3）其生成元胶子只能有8种）。问题是费米子如何而来？我认为可能由更基本世界的时空维数决定：微观世界是十维的，费米子是SO（10）的生成元即45种（标准模型中费米子共48种，这是因为误认为中微子有反粒子，其实中微子是马约拉纳粒子，中微子和反中微子是同一种粒子）。由于宇宙膨胀只是四维时空膨胀到我们宏观能够感受得到，而另6维卷曲在微观世界里。这些想法有些民科但也不失一种可能，算是瞎掰。版主不喜欢可以删除。
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星空浩淼 发表文章数: 378 |
至少从实验角度看这种粒子不存在，因为若存在它将传播长程力，是很容易探测到的。
------------------------------------ 我猜想的这种粒子，不是扮演传递弱相互作用的规范粒子角色，而是一种“自旋为1的中微子”。标准模型中假设中微子质量为零，但并不因此使得弱相互作用是长程力，我的猜想与此类推。我的目的是，这种“矢量中微子”是螺旋度本征态，而且正粒子只有一种螺旋度，反粒子是相反的螺旋度。 我是猜想，会不会在产生自旋为1/2的中微子的同时，伴生地也产生了自旋为1且质量为零的中微子，但后者被忽视了？当然我这一猜想，可能违背粒子物理的基本常识。
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王连涛 发表文章数: 133 |
关于中微子存在静止质量时，如何理解宇称不守恒的问题，貌似是这样的：对于实验室观测者而言，弱相互作用产生的中微子是chirality的本征态，质量忽略不计时，中微子具有左手螺旋度（反中微子具有右手螺旋度）。考虑存在质量时，由于产生的中微子（反中微子）接近光速，中微子波函数具有微小的右手螺旋度成分（反中微子波函数具有微小的左手螺旋度成分）。只有相对中微子静止的观察者看来，其波函数包含的两种螺旋度的振幅大小才相等。那么推广下去，相对于中微子反向高速运动的观测者看来，中微子主要是右手螺旋度的？说到这里，我依然有点糊涂。
======================================= 1) As dictated by the symmetry of weak interaction, only left-handed particles has weak interaction. The is the so-called parity violation. 2) As you have realized, the handed-ness is ambiguous when particle has mass. 3) To be consistent, it has to be that mass of the particle breaks the symmetry of weak interaction. This is exactly the case in the standard model.
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王连涛 发表文章数: 133 |
主要是想知道，中微子有质量了，原来的标准模型应该如何修改（例如产生质量的Higgs机制中，Higgs场的选择会不同吧）？宇称不守恒如何解释？
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ 不需要加新的粒子。加一个高阶项就可以了。
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星空浩淼 发表文章数: 378 |
谢谢连涛兄颇有helpful回复！
"it has to be that mass of the particle breaks the symmetry of weak interaction" ------------------------------------------ 这个地方我看不明白（早年学的一点三脚猫忘得差不多了），可否多说几句？ 在弱电相互作用模型中，首先构造一个规范场与物质场都没有质量的拉格朗日量（但包含Higgs场及其耦合），再通过自发对称破缺让规范场与物质场都获得质量。但我忘了如果从一开始就让物质场有质量，是否也破缺规范对称性。我只记得规范场粒子质量的存在破坏规范不变性。
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王连涛 发表文章数: 133 |
在弱电相互作用模型中，首先构造一个规范场与物质场都没有质量的拉格朗日量（但包含Higgs场及其耦合），再通过自发对称破缺让规范场与物质场都获得质量。但我忘了如果从一开始就让物质场有质量，是否也破缺规范对称性。我只记得规范场粒子质量的存在破坏规范不变性。
========================== The mass terms of SM fermions are not gauge invariant. If the gauge symmetry is unbroken, then they have to be massless. In the SM, their masses have to come from the Higgs VEV, which breaks the electroweak symmetry.
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星空浩淼 发表文章数: 378 |
哦，我明白了，谢谢连涛兄！
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Re: 有谁可否谈谈中微子质量问题 
Re: 有谁可否谈谈中微子质量问题