Во-первых, прошу прощения за невежество, стоящее за этим вопросом. Я хорошо знаю математику, но почти не знаю физику.
Я надеюсь, что кто-нибудь может дать мне краткое объяснение того, как физики смогли предсказать существование бозона Хиггса. Вот (возможно, совершенно неправильный) пример уровня объяснения, на который я надеюсь:
«Рассмотрите следующую группу [вставьте здесь точное определение конкретной группы]. Известно, что эта группа имеет в точности [вставьте число] неприводимых представлений. Все, кроме одного, из этих представлений соответствуют ранее наблюдаемой частице через соответствие, в котором свойство [вставьте здесь математическое свойство представления] соответствует свойству [вставьте здесь физическое свойство частицы]. Бозон Хиггса — это частица, соответствующая оставшемуся представлению».
Если я наткнулся на нужную историю, я бы хотел, чтобы кто-нибудь заполнил пробелы. Если, что более вероятно, я состряпал совершенно неверную историю, я хотел бы, чтобы кто-нибудь дал мне более точную историю примерно того же уровня сложности. Спасибо!
Нет, это так не работает. Бозон Хиггса не дополняет набор частиц, существование которых мы теоретически предполагали. (Примерно таким же образом были предсказаны и другие частицы, например шарм и топ-кварки.) Таким образом, в том смысле, в каком вы об этом думаете, у физиков не было причин предсказывать существование бозона Хиггса.
На самом деле это происходит из того факта, что частицы имеют массу. Лагранжиан (если вы не знакомы с тем, что такое лагранжиан, дайте мне знать, я отредактирую объяснение) стандартной модели должен быть инвариантным относительно калибровочной группы , но если вы явно включаете члены, чтобы частицы имели массу, они нарушают эту калибровочную инвариантность. Механизм Хиггса допускает самопроизвольное появление массовых членов из-за изменения координат, и оказывается, что когда они появляются таким образом (в отличие от явного добавления), калибровочная инвариантность сохраняется. И если механизм Хиггса сработает, он обязательно потребует существования по крайней мере еще одной частицы, а именно бозона Хиггса.
Я написал об этом сообщение в блоге , в котором приведены некоторые математические подробности.
С некоторыми исправлениями, я думаю, этот абзац должен гласить:
«Рассмотрите следующую группу SU(2)xU(1) . Известно, что эта группа имеет бесконечное число неприводимых представлений. Все, кроме большинства , некоторые из этих представлений соответствуют ранее наблюдаемой частице через соответствие, в котором свойство Квадратичный Казимир собственные значения соответствуют свойству (из) Слабый изоспин и гиперзаряд . Бозон Хиггса - это частица, которая соответствует оставшемуся представлению слабому изоспину-1/2 и гиперзаряду 1/2 ».
Я бы сказал, что в физике вам следует ознакомиться со следующим алгоритмом:
«Наконец-то появилась интересная задача, и у вас появилась идея. Погрузитесь в новую математику. Попробуйте сделать простейшую модель. Потратьте немного времени, надеясь, что ни у кого нет лучшей идеи, и что ваш подход сработает в эксперименте. ( И надеюсь, что в вашей жизни будет эксперимент, связанный с вашей работой.)"
Краткая версия этой истории состоит в том, что теория Янга-Миллса работала для предыдущих взаимодействий полей, и люди пытались распространить ее на другие явления. Для ваших целей стоит прочитать введение в теорию Википедии Янга-Миллса . Я не буду записывать это здесь, но, может быть, кто-то еще захочет.
Есть некоторые ограничения, которые придумали люди, которые вас несколько ограничивают, но существует не только одна модель Хиггса. У вас будут физики, работающие над альтернативными подходами в каждом крупном университете.
Еще два комментария: не совсем понятно, почему одни группы калибров работают, а другие нет. Кроме того, обычно существует множество неприводимых представлений. Группа вращения в трех измерениях имеет по крайней мере одну для каждого целого числа.
Хирен Патель
пользователь10001