本文是在上一篇文章“质量是怎么炼成”的基础上做的一点推广和脑洞
1、回顾
根据上一篇文章中的讨论，宇宙中可见物质的质量大部分是由强相互作用提供的，通过手征对称性自发破缺机制产生的，Higgs机制在这个过程中提供的质量是非常有限的，基本可以忽略。既然Higgs机制在提供质量方面的作用这么小，那么如果没有Higgs机制这个世界会有什么变化呢？本文就从强子质量这个角度来讨论一下这个问题。
2、中子衰变
根据夸克模型，u夸克带 个单位的电荷，d夸克带
个单位的电荷，质子是由两个u夸克和一个d夸克构成（uud），因此带一个单位的电荷；中子是由一个u夸克和两个d夸克构成（udd），因此不带电荷。根据实验发现，质子是一个稳定的粒子，而中子是不稳定粒子，中子的寿命大约为15分钟，中子会通过弱相互作用衰变成质子和轻子，质子的质量显然是小于中子的质量，否则上述过程不可能发生。
u夸克和d夸克从强相互作用的角度来看，是没有区别的，是SU(2)二重态的两个分量。假设这两味夸克的流质量都为零，也就说不考虑Higgs机制，那么中子和质子通过强相互作用获得的质量应该是相同的，但是通过电磁相互作用获得的能量是不同的：
,
，
也就是说，电磁相互作用提供给中子的能量小于提供给质子的能量，因此总的来说，质子的质量就会大约于中子的质量，那么现实世界发生的中子到质子的衰变就不会发生，相反的，会发生质子到中子的衰变。如果稳定的质子不存在，那么就不会有氢原子和氢分子存在，更不会有存在氢元素的物质存在了。考虑到宇宙中的重元素（据我所知）都是从氢元素开始通过天体演化逐渐产生的，在这种情况下，重元素或许根本就不会产生。
3、原子核中的质子和中子
现实中，游离态的中子不会稳定存在，但是在原子核中的中子确实有可能稳定的。这是由于，原子核中存在质子，质子之间的电磁相互作用因为距离很近导致很强（当然还是不如强相互作用强），而如果中子通过弱相互作用衰变出质子，会使得新产生的质子和原子核内部本来存在的质子产生很强的电磁排斥作用，或者说使得电磁能很高，这样就会导致中子衰变无法发生，换句话说，如果发生这样的过程会使得原子核的能量不守恒。
而根据上一节的讨论，如果不考虑夸克由Higgs机制提供的流质量，则质子会衰变成中子，那么假设此时有原子核存在，也会由于质子衰变和电磁排斥力两方面共同作用使得原子核中的质子更加剧烈的衰变，最后形成不带电的完全由中子构成的“原子核”，但是此时原子核不带电，因此也不会出现原子了，因此更不会形成世界中的宇宙万物了。
现实中，中子的质量大于质子的质量，关键的因素是由于u夸克和d夸克的流质量不同，u夸克的流质量大约为 ，d夸克的流质量大约为
，把这个流质量考虑进去，中子的质量就会大约质子的质量了。而这流质量正是由于Higgs机制产生的，因此，Higgs机制不仅对于质量的产生有影响，对于丰富多彩的物质产生也起到了非常关键的作用。
4、总结
本文实际上是对上一篇文章的一小扩展和一个小脑洞。如果不存在Higgs机制，产生的后果有很多，比如费米子质量问题、弱相互作用中间玻色子质量问题等等，但是不管怎么说，Higgs机制对于宇宙中产生丰富多彩的物质种类起到了非常重要的作用。但是虽然我们已经找到了Higgs粒子，Higgs机制也非常成功，但是对于Higgs粒子的相关性质我们目前知道的并不多，未来也有很多实验计划对Higgs粒子的性质做更加精准的测量。 未来尤可期待。
注：本文是受到了北京大学朱世琳老师讲课的启发，于日照“新强子态和相对论重离子物理讲习班”期间撰写而成。
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来源：知乎 www.zhihu.com
作者：子乾
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