Что нарушает симметрию между электромагнитным и слабым ядерным взаимодействием?

Детали этого — несколько запутанный набор идей, который при правильном подходе занял бы целую главу учебника по квантовой теории поля. Ниже я предлагаю краткий обзор на популярном уровне. Я умалчиваю о некоторых деталях и о многих вещах. Я старался быть максимально точным, но, учитывая краткость обсуждения, я уверен, что некоторые вещи, которые я говорю ниже, неверны при определенных обстоятельствах.

Так сказать, поехали.

Основная идея здесь заключается в том, что фундаментальное уравнение, управляющее электрослабым взаимодействием, представляет собой теорию, связывающую три SU(2)-бозона с материей. Это уравнение инвариантно относительно произвольного поворота SU(2)-бозонов друг в друга — вы можете заменить$A_{1}$и$A_{2}$с$A_{a} = n A_{1} + m A_{2}$и$A_{b} = kA_{1} + \ell A_{2}$, и основное уравнение будет таким же, пока$n^{2} + m^{2} = k^{2} + \ell^{2} =1$и$nk + m\ell = 0$Точно так же, благодаря SU(2)-симметрии, взаимодействующие материальные частицы могут быть произвольно заменены друг другом, и теория не знает разницы — «левая» компонента нейтрино может быть заменена на «левостороннюю» компоненту нейтрино. левосторонняя» компонента электрона, и SU(2)-взаимодействие ничуть не мудрее.

Электрослабое взаимодействие также включает взаимодействие U(1), которое ведет себя как обычная электродинамика. Если нет частицы Хиггса, все это ведет себя так, и ни один из бозонов не имеет массы.

Затем на сцену выходит Хиггс. Оказывается, у бозона Хиггса функция потенциальной энергии такова, что его функция потенциальной энергии выше, когда он отсутствует, чем когда он присутствует. Поскольку поле Хиггса взаимодействует с полем SU(2) и полем U(1), оно принимает значения в этих пространствах, и, следовательно, ненулевой способ минимизации его потенциальной энергии означает, что если частица Хиггса присутствует и находится вблизи этого минимальное значение, физика реального мира НЕ учитывает вращения, о которых говорилось выше. Это неуважение к вращению выявляет особые физические значения коэффициентов вращения, которые учитывают значение, принятое бозоном Хиггса. Когда все это сказано и сделано, четыре векторных бозона (три SU(2) и один U(1)) объединились очень особым образом, чтобы сформировать три три слабо взаимодействующих бозона,

Поле Хиггса разделяет электромагнетизм и слабое взаимодействие. В первую очередь это связано с тем, что бозон Хиггса придавал массу бозонам W и Z. Также в то время были бозоны B и три W-бозона. Затем B взаимодействовал с третьим W, создавая фотон и Z-бозон. Хиггс взаимодействовал здесь, давая Z-бозон в 90 раз больше массы протона. Фотон не имеет массы и движется со скоростью света. Два W-бозона получили заряд и массу от поля Хиггса. Это разделило Электромагнетизм и Слабое ядерное взаимодействие.