各位朋友大家好，歡迎收聽《科學(xué)播報(bào)》，今天我們講一個(gè)平時(shí)可能很少涉及的話題，虛粒子。?

那么，什么是“虛粒子”呢？這個(gè)概念聽上去很奇幻，它是量子力學(xué)中的奇妙特性，已經(jīng)不止一次地正確預(yù)言了很多物理過程。當(dāng)然，要把虛粒子的概念講清楚，不但要借助費(fèi)曼圖，而且還不可避免地要用到滿是希臘字母和各種符號(hào)的奇怪公式?？偟脕碚f，所謂虛粒子其實(shí)就是為了擺平量子力學(xué)中的一些方程式，而假想出來的一些虛構(gòu)粒子。這些虛構(gòu)的粒子往往具有負(fù)的質(zhì)量和能量，聽上去很不可思議。?

質(zhì)量和能量怎么可能是負(fù)的呢？量子力學(xué)中的不確定性原理就允許這種負(fù)能量存在。一個(gè)虛粒子可以向真空中借能量，從原本什么也沒有的虛空中，突然借得能量，然后馬上又歸還，這個(gè)過程要符合不確定性原理，借得的能量越大，則歸還的時(shí)間就越短，反之則越長，時(shí)間和能量的乘積是一個(gè)常數(shù)。所以，有些書上把真空看成是沸騰的海洋，能量不斷地憑空產(chǎn)生又憑空消失。?

雖然，這聽上去更像是一個(gè)純數(shù)學(xué)手段，就好像為了回答什么數(shù)字的平方會(huì)是負(fù)數(shù)一樣，數(shù)學(xué)家生生造出了虛數(shù)的概念。但是，它卻很管用，在過去的幾十年中，物理學(xué)家們用這個(gè)方法發(fā)現(xiàn)了很多新東西，例如，正是利用虛粒子的概念，物理學(xué)家們首次預(yù)言了粲夸克和頂夸克的存在，并且正確估算了它們的質(zhì)量。?

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上的LHCb實(shí)驗(yàn)組采用間接方式探測(cè)新粒子和新物理的策略，其背后的指導(dǎo)原則正是虛粒子概念。由于這些新粒子僅以虛粒子的形式參與我們測(cè)量的所有衰變，我們能探測(cè)到的粒子的質(zhì)量就不受限于加速器所能達(dá)到的能量。原則上，如果對(duì)合適的衰變過程進(jìn)行足夠精確的測(cè)量，我們就可以探測(cè)到超出超環(huán)面儀器（ATLAS）與緊湊渺子線圈（?CMS）?極限的大質(zhì)量粒子的效應(yīng)，這些粒子質(zhì)量太大，不可能在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中直接產(chǎn)生，更別提探測(cè)了。?



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