宇宙中的物质都由基本粒子构成,科学家还在不断寻找更小的基本粒子,这是物理教科书上的标准描述。然而,哈佛大学著名物理学教授霍华德·乔治(Howard Georgi)近期发表论文提出,世界上可能存在不能归结于基本粒子的物质——这些物质根本不是由粒子构成,自然也无从细分,它们将表现出连续的标度不变性(scale-invariance)。
标度不变性是指物质在空间尺度放大时其物理性质保持不变。在日常生活中,抱一个大西瓜与抱一个小西瓜感觉截然不同,但在标度不变性的世界里,大西瓜和小西瓜没有区别,重量、口感完全一致。光子便具有标度不变性,因为它是零质量粒子,将光子放大1000倍,其行为依然相同。这种现象可以用零质量粒子的标准模型解释,但非粒子化理论提供了另一种可能:根本不存在零质量粒子,而是由一种非粒子化的物质构成,这种物质无法用标准物理模型描述。
乔治为非粒子物质的产生给出了定量计算,并预言可以通过2008年投入运行的大型强子对撞机(LHC)来检测这种物质是否存在。尽管LHC已于2009年正式启用并运行至今,尚未发现非粒子化物质的直接证据,但该理论仍为理解物质基本结构提供了全新视角,挑战了粒子物理的基本范式。
(原文作者:刘县书)